]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - module/zfs/arc.c
Prefix all refcount functions with zfs_
[FreeBSD/FreeBSD.git] / module / zfs / arc.c
1 /*
2  * CDDL HEADER START
3  *
4  * The contents of this file are subject to the terms of the
5  * Common Development and Distribution License (the "License").
6  * You may not use this file except in compliance with the License.
7  *
8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
10  * See the License for the specific language governing permissions
11  * and limitations under the License.
12  *
13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
18  *
19  * CDDL HEADER END
20  */
21 /*
22  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
23  * Copyright (c) 2012, Joyent, Inc. All rights reserved.
24  * Copyright (c) 2011, 2018 by Delphix. All rights reserved.
25  * Copyright (c) 2014 by Saso Kiselkov. All rights reserved.
26  * Copyright 2015 Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
27  */
28
29 /*
30  * DVA-based Adjustable Replacement Cache
31  *
32  * While much of the theory of operation used here is
33  * based on the self-tuning, low overhead replacement cache
34  * presented by Megiddo and Modha at FAST 2003, there are some
35  * significant differences:
36  *
37  * 1. The Megiddo and Modha model assumes any page is evictable.
38  * Pages in its cache cannot be "locked" into memory.  This makes
39  * the eviction algorithm simple: evict the last page in the list.
40  * This also make the performance characteristics easy to reason
41  * about.  Our cache is not so simple.  At any given moment, some
42  * subset of the blocks in the cache are un-evictable because we
43  * have handed out a reference to them.  Blocks are only evictable
44  * when there are no external references active.  This makes
45  * eviction far more problematic:  we choose to evict the evictable
46  * blocks that are the "lowest" in the list.
47  *
48  * There are times when it is not possible to evict the requested
49  * space.  In these circumstances we are unable to adjust the cache
50  * size.  To prevent the cache growing unbounded at these times we
51  * implement a "cache throttle" that slows the flow of new data
52  * into the cache until we can make space available.
53  *
54  * 2. The Megiddo and Modha model assumes a fixed cache size.
55  * Pages are evicted when the cache is full and there is a cache
56  * miss.  Our model has a variable sized cache.  It grows with
57  * high use, but also tries to react to memory pressure from the
58  * operating system: decreasing its size when system memory is
59  * tight.
60  *
61  * 3. The Megiddo and Modha model assumes a fixed page size. All
62  * elements of the cache are therefore exactly the same size.  So
63  * when adjusting the cache size following a cache miss, its simply
64  * a matter of choosing a single page to evict.  In our model, we
65  * have variable sized cache blocks (rangeing from 512 bytes to
66  * 128K bytes).  We therefore choose a set of blocks to evict to make
67  * space for a cache miss that approximates as closely as possible
68  * the space used by the new block.
69  *
70  * See also:  "ARC: A Self-Tuning, Low Overhead Replacement Cache"
71  * by N. Megiddo & D. Modha, FAST 2003
72  */
73
74 /*
75  * The locking model:
76  *
77  * A new reference to a cache buffer can be obtained in two
78  * ways: 1) via a hash table lookup using the DVA as a key,
79  * or 2) via one of the ARC lists.  The arc_read() interface
80  * uses method 1, while the internal ARC algorithms for
81  * adjusting the cache use method 2.  We therefore provide two
82  * types of locks: 1) the hash table lock array, and 2) the
83  * ARC list locks.
84  *
85  * Buffers do not have their own mutexes, rather they rely on the
86  * hash table mutexes for the bulk of their protection (i.e. most
87  * fields in the arc_buf_hdr_t are protected by these mutexes).
88  *
89  * buf_hash_find() returns the appropriate mutex (held) when it
90  * locates the requested buffer in the hash table.  It returns
91  * NULL for the mutex if the buffer was not in the table.
92  *
93  * buf_hash_remove() expects the appropriate hash mutex to be
94  * already held before it is invoked.
95  *
96  * Each ARC state also has a mutex which is used to protect the
97  * buffer list associated with the state.  When attempting to
98  * obtain a hash table lock while holding an ARC list lock you
99  * must use: mutex_tryenter() to avoid deadlock.  Also note that
100  * the active state mutex must be held before the ghost state mutex.
101  *
102  * It as also possible to register a callback which is run when the
103  * arc_meta_limit is reached and no buffers can be safely evicted.  In
104  * this case the arc user should drop a reference on some arc buffers so
105  * they can be reclaimed and the arc_meta_limit honored.  For example,
106  * when using the ZPL each dentry holds a references on a znode.  These
107  * dentries must be pruned before the arc buffer holding the znode can
108  * be safely evicted.
109  *
110  * Note that the majority of the performance stats are manipulated
111  * with atomic operations.
112  *
113  * The L2ARC uses the l2ad_mtx on each vdev for the following:
114  *
115  *      - L2ARC buflist creation
116  *      - L2ARC buflist eviction
117  *      - L2ARC write completion, which walks L2ARC buflists
118  *      - ARC header destruction, as it removes from L2ARC buflists
119  *      - ARC header release, as it removes from L2ARC buflists
120  */
121
122 /*
123  * ARC operation:
124  *
125  * Every block that is in the ARC is tracked by an arc_buf_hdr_t structure.
126  * This structure can point either to a block that is still in the cache or to
127  * one that is only accessible in an L2 ARC device, or it can provide
128  * information about a block that was recently evicted. If a block is
129  * only accessible in the L2ARC, then the arc_buf_hdr_t only has enough
130  * information to retrieve it from the L2ARC device. This information is
131  * stored in the l2arc_buf_hdr_t sub-structure of the arc_buf_hdr_t. A block
132  * that is in this state cannot access the data directly.
133  *
134  * Blocks that are actively being referenced or have not been evicted
135  * are cached in the L1ARC. The L1ARC (l1arc_buf_hdr_t) is a structure within
136  * the arc_buf_hdr_t that will point to the data block in memory. A block can
137  * only be read by a consumer if it has an l1arc_buf_hdr_t. The L1ARC
138  * caches data in two ways -- in a list of ARC buffers (arc_buf_t) and
139  * also in the arc_buf_hdr_t's private physical data block pointer (b_pabd).
140  *
141  * The L1ARC's data pointer may or may not be uncompressed. The ARC has the
142  * ability to store the physical data (b_pabd) associated with the DVA of the
143  * arc_buf_hdr_t. Since the b_pabd is a copy of the on-disk physical block,
144  * it will match its on-disk compression characteristics. This behavior can be
145  * disabled by setting 'zfs_compressed_arc_enabled' to B_FALSE. When the
146  * compressed ARC functionality is disabled, the b_pabd will point to an
147  * uncompressed version of the on-disk data.
148  *
149  * Data in the L1ARC is not accessed by consumers of the ARC directly. Each
150  * arc_buf_hdr_t can have multiple ARC buffers (arc_buf_t) which reference it.
151  * Each ARC buffer (arc_buf_t) is being actively accessed by a specific ARC
152  * consumer. The ARC will provide references to this data and will keep it
153  * cached until it is no longer in use. The ARC caches only the L1ARC's physical
154  * data block and will evict any arc_buf_t that is no longer referenced. The
155  * amount of memory consumed by the arc_buf_ts' data buffers can be seen via the
156  * "overhead_size" kstat.
157  *
158  * Depending on the consumer, an arc_buf_t can be requested in uncompressed or
159  * compressed form. The typical case is that consumers will want uncompressed
160  * data, and when that happens a new data buffer is allocated where the data is
161  * decompressed for them to use. Currently the only consumer who wants
162  * compressed arc_buf_t's is "zfs send", when it streams data exactly as it
163  * exists on disk. When this happens, the arc_buf_t's data buffer is shared
164  * with the arc_buf_hdr_t.
165  *
166  * Here is a diagram showing an arc_buf_hdr_t referenced by two arc_buf_t's. The
167  * first one is owned by a compressed send consumer (and therefore references
168  * the same compressed data buffer as the arc_buf_hdr_t) and the second could be
169  * used by any other consumer (and has its own uncompressed copy of the data
170  * buffer).
171  *
172  *   arc_buf_hdr_t
173  *   +-----------+
174  *   | fields    |
175  *   | common to |
176  *   | L1- and   |
177  *   | L2ARC     |
178  *   +-----------+
179  *   | l2arc_buf_hdr_t
180  *   |           |
181  *   +-----------+
182  *   | l1arc_buf_hdr_t
183  *   |           |              arc_buf_t
184  *   | b_buf     +------------>+-----------+      arc_buf_t
185  *   | b_pabd    +-+           |b_next     +---->+-----------+
186  *   +-----------+ |           |-----------|     |b_next     +-->NULL
187  *                 |           |b_comp = T |     +-----------+
188  *                 |           |b_data     +-+   |b_comp = F |
189  *                 |           +-----------+ |   |b_data     +-+
190  *                 +->+------+               |   +-----------+ |
191  *        compressed  |      |               |                 |
192  *           data     |      |<--------------+                 | uncompressed
193  *                    +------+          compressed,            |     data
194  *                                        shared               +-->+------+
195  *                                         data                    |      |
196  *                                                                 |      |
197  *                                                                 +------+
198  *
199  * When a consumer reads a block, the ARC must first look to see if the
200  * arc_buf_hdr_t is cached. If the hdr is cached then the ARC allocates a new
201  * arc_buf_t and either copies uncompressed data into a new data buffer from an
202  * existing uncompressed arc_buf_t, decompresses the hdr's b_pabd buffer into a
203  * new data buffer, or shares the hdr's b_pabd buffer, depending on whether the
204  * hdr is compressed and the desired compression characteristics of the
205  * arc_buf_t consumer. If the arc_buf_t ends up sharing data with the
206  * arc_buf_hdr_t and both of them are uncompressed then the arc_buf_t must be
207  * the last buffer in the hdr's b_buf list, however a shared compressed buf can
208  * be anywhere in the hdr's list.
209  *
210  * The diagram below shows an example of an uncompressed ARC hdr that is
211  * sharing its data with an arc_buf_t (note that the shared uncompressed buf is
212  * the last element in the buf list):
213  *
214  *                arc_buf_hdr_t
215  *                +-----------+
216  *                |           |
217  *                |           |
218  *                |           |
219  *                +-----------+
220  * l2arc_buf_hdr_t|           |
221  *                |           |
222  *                +-----------+
223  * l1arc_buf_hdr_t|           |
224  *                |           |                 arc_buf_t    (shared)
225  *                |    b_buf  +------------>+---------+      arc_buf_t
226  *                |           |             |b_next   +---->+---------+
227  *                |  b_pabd   +-+           |---------|     |b_next   +-->NULL
228  *                +-----------+ |           |         |     +---------+
229  *                              |           |b_data   +-+   |         |
230  *                              |           +---------+ |   |b_data   +-+
231  *                              +->+------+             |   +---------+ |
232  *                                 |      |             |               |
233  *                   uncompressed  |      |             |               |
234  *                        data     +------+             |               |
235  *                                    ^                 +->+------+     |
236  *                                    |       uncompressed |      |     |
237  *                                    |           data     |      |     |
238  *                                    |                    +------+     |
239  *                                    +---------------------------------+
240  *
241  * Writing to the ARC requires that the ARC first discard the hdr's b_pabd
242  * since the physical block is about to be rewritten. The new data contents
243  * will be contained in the arc_buf_t. As the I/O pipeline performs the write,
244  * it may compress the data before writing it to disk. The ARC will be called
245  * with the transformed data and will bcopy the transformed on-disk block into
246  * a newly allocated b_pabd. Writes are always done into buffers which have
247  * either been loaned (and hence are new and don't have other readers) or
248  * buffers which have been released (and hence have their own hdr, if there
249  * were originally other readers of the buf's original hdr). This ensures that
250  * the ARC only needs to update a single buf and its hdr after a write occurs.
251  *
252  * When the L2ARC is in use, it will also take advantage of the b_pabd. The
253  * L2ARC will always write the contents of b_pabd to the L2ARC. This means
254  * that when compressed ARC is enabled that the L2ARC blocks are identical
255  * to the on-disk block in the main data pool. This provides a significant
256  * advantage since the ARC can leverage the bp's checksum when reading from the
257  * L2ARC to determine if the contents are valid. However, if the compressed
258  * ARC is disabled, then the L2ARC's block must be transformed to look
259  * like the physical block in the main data pool before comparing the
260  * checksum and determining its validity.
261  *
262  * The L1ARC has a slightly different system for storing encrypted data.
263  * Raw (encrypted + possibly compressed) data has a few subtle differences from
264  * data that is just compressed. The biggest difference is that it is not
265  * possible to decrypt encrypted data (or visa versa) if the keys aren't loaded.
266  * The other difference is that encryption cannot be treated as a suggestion.
267  * If a caller would prefer compressed data, but they actually wind up with
268  * uncompressed data the worst thing that could happen is there might be a
269  * performance hit. If the caller requests encrypted data, however, we must be
270  * sure they actually get it or else secret information could be leaked. Raw
271  * data is stored in hdr->b_crypt_hdr.b_rabd. An encrypted header, therefore,
272  * may have both an encrypted version and a decrypted version of its data at
273  * once. When a caller needs a raw arc_buf_t, it is allocated and the data is
274  * copied out of this header. To avoid complications with b_pabd, raw buffers
275  * cannot be shared.
276  */
277
278 #include <sys/spa.h>
279 #include <sys/zio.h>
280 #include <sys/spa_impl.h>
281 #include <sys/zio_compress.h>
282 #include <sys/zio_checksum.h>
283 #include <sys/zfs_context.h>
284 #include <sys/arc.h>
285 #include <sys/refcount.h>
286 #include <sys/vdev.h>
287 #include <sys/vdev_impl.h>
288 #include <sys/dsl_pool.h>
289 #include <sys/zio_checksum.h>
290 #include <sys/multilist.h>
291 #include <sys/abd.h>
292 #include <sys/zil.h>
293 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
294 #ifdef _KERNEL
295 #include <sys/shrinker.h>
296 #include <sys/vmsystm.h>
297 #include <sys/zpl.h>
298 #include <linux/page_compat.h>
299 #endif
300 #include <sys/callb.h>
301 #include <sys/kstat.h>
302 #include <sys/dmu_tx.h>
303 #include <zfs_fletcher.h>
304 #include <sys/arc_impl.h>
305 #include <sys/trace_arc.h>
306 #include <sys/aggsum.h>
307 #include <sys/cityhash.h>
308
309 #ifndef _KERNEL
310 /* set with ZFS_DEBUG=watch, to enable watchpoints on frozen buffers */
311 boolean_t arc_watch = B_FALSE;
312 #endif
313
314 static kmutex_t         arc_reclaim_lock;
315 static kcondvar_t       arc_reclaim_thread_cv;
316 static boolean_t        arc_reclaim_thread_exit;
317 static kcondvar_t       arc_reclaim_waiters_cv;
318
319 /*
320  * The number of headers to evict in arc_evict_state_impl() before
321  * dropping the sublist lock and evicting from another sublist. A lower
322  * value means we're more likely to evict the "correct" header (i.e. the
323  * oldest header in the arc state), but comes with higher overhead
324  * (i.e. more invocations of arc_evict_state_impl()).
325  */
326 int zfs_arc_evict_batch_limit = 10;
327
328 /* number of seconds before growing cache again */
329 static int              arc_grow_retry = 5;
330
331 /* shift of arc_c for calculating overflow limit in arc_get_data_impl */
332 int             zfs_arc_overflow_shift = 8;
333
334 /* shift of arc_c for calculating both min and max arc_p */
335 static int              arc_p_min_shift = 4;
336
337 /* log2(fraction of arc to reclaim) */
338 static int              arc_shrink_shift = 7;
339
340 /* percent of pagecache to reclaim arc to */
341 #ifdef _KERNEL
342 static uint_t           zfs_arc_pc_percent = 0;
343 #endif
344
345 /*
346  * log2(fraction of ARC which must be free to allow growing).
347  * I.e. If there is less than arc_c >> arc_no_grow_shift free memory,
348  * when reading a new block into the ARC, we will evict an equal-sized block
349  * from the ARC.
350  *
351  * This must be less than arc_shrink_shift, so that when we shrink the ARC,
352  * we will still not allow it to grow.
353  */
354 int                     arc_no_grow_shift = 5;
355
356
357 /*
358  * minimum lifespan of a prefetch block in clock ticks
359  * (initialized in arc_init())
360  */
361 static int              arc_min_prefetch_ms;
362 static int              arc_min_prescient_prefetch_ms;
363
364 /*
365  * If this percent of memory is free, don't throttle.
366  */
367 int arc_lotsfree_percent = 10;
368
369 static int arc_dead;
370
371 /*
372  * The arc has filled available memory and has now warmed up.
373  */
374 static boolean_t arc_warm;
375
376 /*
377  * log2 fraction of the zio arena to keep free.
378  */
379 int arc_zio_arena_free_shift = 2;
380
381 /*
382  * These tunables are for performance analysis.
383  */
384 unsigned long zfs_arc_max = 0;
385 unsigned long zfs_arc_min = 0;
386 unsigned long zfs_arc_meta_limit = 0;
387 unsigned long zfs_arc_meta_min = 0;
388 unsigned long zfs_arc_dnode_limit = 0;
389 unsigned long zfs_arc_dnode_reduce_percent = 10;
390 int zfs_arc_grow_retry = 0;
391 int zfs_arc_shrink_shift = 0;
392 int zfs_arc_p_min_shift = 0;
393 int zfs_arc_average_blocksize = 8 * 1024; /* 8KB */
394
395 /*
396  * ARC dirty data constraints for arc_tempreserve_space() throttle.
397  */
398 unsigned long zfs_arc_dirty_limit_percent = 50; /* total dirty data limit */
399 unsigned long zfs_arc_anon_limit_percent = 25;  /* anon block dirty limit */
400 unsigned long zfs_arc_pool_dirty_percent = 20;  /* each pool's anon allowance */
401
402 /*
403  * Enable or disable compressed arc buffers.
404  */
405 int zfs_compressed_arc_enabled = B_TRUE;
406
407 /*
408  * ARC will evict meta buffers that exceed arc_meta_limit. This
409  * tunable make arc_meta_limit adjustable for different workloads.
410  */
411 unsigned long zfs_arc_meta_limit_percent = 75;
412
413 /*
414  * Percentage that can be consumed by dnodes of ARC meta buffers.
415  */
416 unsigned long zfs_arc_dnode_limit_percent = 10;
417
418 /*
419  * These tunables are Linux specific
420  */
421 unsigned long zfs_arc_sys_free = 0;
422 int zfs_arc_min_prefetch_ms = 0;
423 int zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms = 0;
424 int zfs_arc_p_dampener_disable = 1;
425 int zfs_arc_meta_prune = 10000;
426 int zfs_arc_meta_strategy = ARC_STRATEGY_META_BALANCED;
427 int zfs_arc_meta_adjust_restarts = 4096;
428 int zfs_arc_lotsfree_percent = 10;
429
430 /* The 6 states: */
431 static arc_state_t ARC_anon;
432 static arc_state_t ARC_mru;
433 static arc_state_t ARC_mru_ghost;
434 static arc_state_t ARC_mfu;
435 static arc_state_t ARC_mfu_ghost;
436 static arc_state_t ARC_l2c_only;
437
438 typedef struct arc_stats {
439         kstat_named_t arcstat_hits;
440         kstat_named_t arcstat_misses;
441         kstat_named_t arcstat_demand_data_hits;
442         kstat_named_t arcstat_demand_data_misses;
443         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_hits;
444         kstat_named_t arcstat_demand_metadata_misses;
445         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_hits;
446         kstat_named_t arcstat_prefetch_data_misses;
447         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_hits;
448         kstat_named_t arcstat_prefetch_metadata_misses;
449         kstat_named_t arcstat_mru_hits;
450         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_hits;
451         kstat_named_t arcstat_mfu_hits;
452         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_hits;
453         kstat_named_t arcstat_deleted;
454         /*
455          * Number of buffers that could not be evicted because the hash lock
456          * was held by another thread.  The lock may not necessarily be held
457          * by something using the same buffer, since hash locks are shared
458          * by multiple buffers.
459          */
460         kstat_named_t arcstat_mutex_miss;
461         /*
462          * Number of buffers skipped when updating the access state due to the
463          * header having already been released after acquiring the hash lock.
464          */
465         kstat_named_t arcstat_access_skip;
466         /*
467          * Number of buffers skipped because they have I/O in progress, are
468          * indirect prefetch buffers that have not lived long enough, or are
469          * not from the spa we're trying to evict from.
470          */
471         kstat_named_t arcstat_evict_skip;
472         /*
473          * Number of times arc_evict_state() was unable to evict enough
474          * buffers to reach its target amount.
475          */
476         kstat_named_t arcstat_evict_not_enough;
477         kstat_named_t arcstat_evict_l2_cached;
478         kstat_named_t arcstat_evict_l2_eligible;
479         kstat_named_t arcstat_evict_l2_ineligible;
480         kstat_named_t arcstat_evict_l2_skip;
481         kstat_named_t arcstat_hash_elements;
482         kstat_named_t arcstat_hash_elements_max;
483         kstat_named_t arcstat_hash_collisions;
484         kstat_named_t arcstat_hash_chains;
485         kstat_named_t arcstat_hash_chain_max;
486         kstat_named_t arcstat_p;
487         kstat_named_t arcstat_c;
488         kstat_named_t arcstat_c_min;
489         kstat_named_t arcstat_c_max;
490         /* Not updated directly; only synced in arc_kstat_update. */
491         kstat_named_t arcstat_size;
492         /*
493          * Number of compressed bytes stored in the arc_buf_hdr_t's b_pabd.
494          * Note that the compressed bytes may match the uncompressed bytes
495          * if the block is either not compressed or compressed arc is disabled.
496          */
497         kstat_named_t arcstat_compressed_size;
498         /*
499          * Uncompressed size of the data stored in b_pabd. If compressed
500          * arc is disabled then this value will be identical to the stat
501          * above.
502          */
503         kstat_named_t arcstat_uncompressed_size;
504         /*
505          * Number of bytes stored in all the arc_buf_t's. This is classified
506          * as "overhead" since this data is typically short-lived and will
507          * be evicted from the arc when it becomes unreferenced unless the
508          * zfs_keep_uncompressed_metadata or zfs_keep_uncompressed_level
509          * values have been set (see comment in dbuf.c for more information).
510          */
511         kstat_named_t arcstat_overhead_size;
512         /*
513          * Number of bytes consumed by internal ARC structures necessary
514          * for tracking purposes; these structures are not actually
515          * backed by ARC buffers. This includes arc_buf_hdr_t structures
516          * (allocated via arc_buf_hdr_t_full and arc_buf_hdr_t_l2only
517          * caches), and arc_buf_t structures (allocated via arc_buf_t
518          * cache).
519          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
520          */
521         kstat_named_t arcstat_hdr_size;
522         /*
523          * Number of bytes consumed by ARC buffers of type equal to
524          * ARC_BUFC_DATA. This is generally consumed by buffers backing
525          * on disk user data (e.g. plain file contents).
526          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
527          */
528         kstat_named_t arcstat_data_size;
529         /*
530          * Number of bytes consumed by ARC buffers of type equal to
531          * ARC_BUFC_METADATA. This is generally consumed by buffers
532          * backing on disk data that is used for internal ZFS
533          * structures (e.g. ZAP, dnode, indirect blocks, etc).
534          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
535          */
536         kstat_named_t arcstat_metadata_size;
537         /*
538          * Number of bytes consumed by dmu_buf_impl_t objects.
539          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
540          */
541         kstat_named_t arcstat_dbuf_size;
542         /*
543          * Number of bytes consumed by dnode_t objects.
544          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
545          */
546         kstat_named_t arcstat_dnode_size;
547         /*
548          * Number of bytes consumed by bonus buffers.
549          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
550          */
551         kstat_named_t arcstat_bonus_size;
552         /*
553          * Total number of bytes consumed by ARC buffers residing in the
554          * arc_anon state. This includes *all* buffers in the arc_anon
555          * state; e.g. data, metadata, evictable, and unevictable buffers
556          * are all included in this value.
557          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
558          */
559         kstat_named_t arcstat_anon_size;
560         /*
561          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
562          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_DATA,
563          * residing in the arc_anon state, and are eligible for eviction
564          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
565          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
566          */
567         kstat_named_t arcstat_anon_evictable_data;
568         /*
569          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
570          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_METADATA,
571          * residing in the arc_anon state, and are eligible for eviction
572          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
573          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
574          */
575         kstat_named_t arcstat_anon_evictable_metadata;
576         /*
577          * Total number of bytes consumed by ARC buffers residing in the
578          * arc_mru state. This includes *all* buffers in the arc_mru
579          * state; e.g. data, metadata, evictable, and unevictable buffers
580          * are all included in this value.
581          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
582          */
583         kstat_named_t arcstat_mru_size;
584         /*
585          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
586          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_DATA,
587          * residing in the arc_mru state, and are eligible for eviction
588          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
589          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
590          */
591         kstat_named_t arcstat_mru_evictable_data;
592         /*
593          * Number of bytes consumed by ARC buffers that meet the
594          * following criteria: backing buffers of type ARC_BUFC_METADATA,
595          * residing in the arc_mru state, and are eligible for eviction
596          * (e.g. have no outstanding holds on the buffer).
597          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
598          */
599         kstat_named_t arcstat_mru_evictable_metadata;
600         /*
601          * Total number of bytes that *would have been* consumed by ARC
602          * buffers in the arc_mru_ghost state. The key thing to note
603          * here, is the fact that this size doesn't actually indicate
604          * RAM consumption. The ghost lists only consist of headers and
605          * don't actually have ARC buffers linked off of these headers.
606          * Thus, *if* the headers had associated ARC buffers, these
607          * buffers *would have* consumed this number of bytes.
608          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
609          */
610         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_size;
611         /*
612          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
613          * buffers that are eligible for eviction, of type
614          * ARC_BUFC_DATA, and linked off the arc_mru_ghost state.
615          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
616          */
617         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_evictable_data;
618         /*
619          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
620          * buffers that are eligible for eviction, of type
621          * ARC_BUFC_METADATA, and linked off the arc_mru_ghost state.
622          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
623          */
624         kstat_named_t arcstat_mru_ghost_evictable_metadata;
625         /*
626          * Total number of bytes consumed by ARC buffers residing in the
627          * arc_mfu state. This includes *all* buffers in the arc_mfu
628          * state; e.g. data, metadata, evictable, and unevictable buffers
629          * are all included in this value.
630          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
631          */
632         kstat_named_t arcstat_mfu_size;
633         /*
634          * Number of bytes consumed by ARC buffers that are eligible for
635          * eviction, of type ARC_BUFC_DATA, and reside in the arc_mfu
636          * state.
637          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
638          */
639         kstat_named_t arcstat_mfu_evictable_data;
640         /*
641          * Number of bytes consumed by ARC buffers that are eligible for
642          * eviction, of type ARC_BUFC_METADATA, and reside in the
643          * arc_mfu state.
644          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
645          */
646         kstat_named_t arcstat_mfu_evictable_metadata;
647         /*
648          * Total number of bytes that *would have been* consumed by ARC
649          * buffers in the arc_mfu_ghost state. See the comment above
650          * arcstat_mru_ghost_size for more details.
651          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
652          */
653         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_size;
654         /*
655          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
656          * buffers that are eligible for eviction, of type
657          * ARC_BUFC_DATA, and linked off the arc_mfu_ghost state.
658          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
659          */
660         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_evictable_data;
661         /*
662          * Number of bytes that *would have been* consumed by ARC
663          * buffers that are eligible for eviction, of type
664          * ARC_BUFC_METADATA, and linked off the arc_mru_ghost state.
665          * Not updated directly; only synced in arc_kstat_update.
666          */
667         kstat_named_t arcstat_mfu_ghost_evictable_metadata;
668         kstat_named_t arcstat_l2_hits;
669         kstat_named_t arcstat_l2_misses;
670         kstat_named_t arcstat_l2_feeds;
671         kstat_named_t arcstat_l2_rw_clash;
672         kstat_named_t arcstat_l2_read_bytes;
673         kstat_named_t arcstat_l2_write_bytes;
674         kstat_named_t arcstat_l2_writes_sent;
675         kstat_named_t arcstat_l2_writes_done;
676         kstat_named_t arcstat_l2_writes_error;
677         kstat_named_t arcstat_l2_writes_lock_retry;
678         kstat_named_t arcstat_l2_evict_lock_retry;
679         kstat_named_t arcstat_l2_evict_reading;
680         kstat_named_t arcstat_l2_evict_l1cached;
681         kstat_named_t arcstat_l2_free_on_write;
682         kstat_named_t arcstat_l2_abort_lowmem;
683         kstat_named_t arcstat_l2_cksum_bad;
684         kstat_named_t arcstat_l2_io_error;
685         kstat_named_t arcstat_l2_lsize;
686         kstat_named_t arcstat_l2_psize;
687         /* Not updated directly; only synced in arc_kstat_update. */
688         kstat_named_t arcstat_l2_hdr_size;
689         kstat_named_t arcstat_memory_throttle_count;
690         kstat_named_t arcstat_memory_direct_count;
691         kstat_named_t arcstat_memory_indirect_count;
692         kstat_named_t arcstat_memory_all_bytes;
693         kstat_named_t arcstat_memory_free_bytes;
694         kstat_named_t arcstat_memory_available_bytes;
695         kstat_named_t arcstat_no_grow;
696         kstat_named_t arcstat_tempreserve;
697         kstat_named_t arcstat_loaned_bytes;
698         kstat_named_t arcstat_prune;
699         /* Not updated directly; only synced in arc_kstat_update. */
700         kstat_named_t arcstat_meta_used;
701         kstat_named_t arcstat_meta_limit;
702         kstat_named_t arcstat_dnode_limit;
703         kstat_named_t arcstat_meta_max;
704         kstat_named_t arcstat_meta_min;
705         kstat_named_t arcstat_async_upgrade_sync;
706         kstat_named_t arcstat_demand_hit_predictive_prefetch;
707         kstat_named_t arcstat_demand_hit_prescient_prefetch;
708         kstat_named_t arcstat_need_free;
709         kstat_named_t arcstat_sys_free;
710         kstat_named_t arcstat_raw_size;
711 } arc_stats_t;
712
713 static arc_stats_t arc_stats = {
714         { "hits",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
715         { "misses",                     KSTAT_DATA_UINT64 },
716         { "demand_data_hits",           KSTAT_DATA_UINT64 },
717         { "demand_data_misses",         KSTAT_DATA_UINT64 },
718         { "demand_metadata_hits",       KSTAT_DATA_UINT64 },
719         { "demand_metadata_misses",     KSTAT_DATA_UINT64 },
720         { "prefetch_data_hits",         KSTAT_DATA_UINT64 },
721         { "prefetch_data_misses",       KSTAT_DATA_UINT64 },
722         { "prefetch_metadata_hits",     KSTAT_DATA_UINT64 },
723         { "prefetch_metadata_misses",   KSTAT_DATA_UINT64 },
724         { "mru_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
725         { "mru_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
726         { "mfu_hits",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
727         { "mfu_ghost_hits",             KSTAT_DATA_UINT64 },
728         { "deleted",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
729         { "mutex_miss",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
730         { "access_skip",                KSTAT_DATA_UINT64 },
731         { "evict_skip",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
732         { "evict_not_enough",           KSTAT_DATA_UINT64 },
733         { "evict_l2_cached",            KSTAT_DATA_UINT64 },
734         { "evict_l2_eligible",          KSTAT_DATA_UINT64 },
735         { "evict_l2_ineligible",        KSTAT_DATA_UINT64 },
736         { "evict_l2_skip",              KSTAT_DATA_UINT64 },
737         { "hash_elements",              KSTAT_DATA_UINT64 },
738         { "hash_elements_max",          KSTAT_DATA_UINT64 },
739         { "hash_collisions",            KSTAT_DATA_UINT64 },
740         { "hash_chains",                KSTAT_DATA_UINT64 },
741         { "hash_chain_max",             KSTAT_DATA_UINT64 },
742         { "p",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
743         { "c",                          KSTAT_DATA_UINT64 },
744         { "c_min",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
745         { "c_max",                      KSTAT_DATA_UINT64 },
746         { "size",                       KSTAT_DATA_UINT64 },
747         { "compressed_size",            KSTAT_DATA_UINT64 },
748         { "uncompressed_size",          KSTAT_DATA_UINT64 },
749         { "overhead_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
750         { "hdr_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
751         { "data_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
752         { "metadata_size",              KSTAT_DATA_UINT64 },
753         { "dbuf_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
754         { "dnode_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
755         { "bonus_size",                 KSTAT_DATA_UINT64 },
756         { "anon_size",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
757         { "anon_evictable_data",        KSTAT_DATA_UINT64 },
758         { "anon_evictable_metadata",    KSTAT_DATA_UINT64 },
759         { "mru_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
760         { "mru_evictable_data",         KSTAT_DATA_UINT64 },
761         { "mru_evictable_metadata",     KSTAT_DATA_UINT64 },
762         { "mru_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
763         { "mru_ghost_evictable_data",   KSTAT_DATA_UINT64 },
764         { "mru_ghost_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
765         { "mfu_size",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
766         { "mfu_evictable_data",         KSTAT_DATA_UINT64 },
767         { "mfu_evictable_metadata",     KSTAT_DATA_UINT64 },
768         { "mfu_ghost_size",             KSTAT_DATA_UINT64 },
769         { "mfu_ghost_evictable_data",   KSTAT_DATA_UINT64 },
770         { "mfu_ghost_evictable_metadata", KSTAT_DATA_UINT64 },
771         { "l2_hits",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
772         { "l2_misses",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
773         { "l2_feeds",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
774         { "l2_rw_clash",                KSTAT_DATA_UINT64 },
775         { "l2_read_bytes",              KSTAT_DATA_UINT64 },
776         { "l2_write_bytes",             KSTAT_DATA_UINT64 },
777         { "l2_writes_sent",             KSTAT_DATA_UINT64 },
778         { "l2_writes_done",             KSTAT_DATA_UINT64 },
779         { "l2_writes_error",            KSTAT_DATA_UINT64 },
780         { "l2_writes_lock_retry",       KSTAT_DATA_UINT64 },
781         { "l2_evict_lock_retry",        KSTAT_DATA_UINT64 },
782         { "l2_evict_reading",           KSTAT_DATA_UINT64 },
783         { "l2_evict_l1cached",          KSTAT_DATA_UINT64 },
784         { "l2_free_on_write",           KSTAT_DATA_UINT64 },
785         { "l2_abort_lowmem",            KSTAT_DATA_UINT64 },
786         { "l2_cksum_bad",               KSTAT_DATA_UINT64 },
787         { "l2_io_error",                KSTAT_DATA_UINT64 },
788         { "l2_size",                    KSTAT_DATA_UINT64 },
789         { "l2_asize",                   KSTAT_DATA_UINT64 },
790         { "l2_hdr_size",                KSTAT_DATA_UINT64 },
791         { "memory_throttle_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
792         { "memory_direct_count",        KSTAT_DATA_UINT64 },
793         { "memory_indirect_count",      KSTAT_DATA_UINT64 },
794         { "memory_all_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
795         { "memory_free_bytes",          KSTAT_DATA_UINT64 },
796         { "memory_available_bytes",     KSTAT_DATA_INT64 },
797         { "arc_no_grow",                KSTAT_DATA_UINT64 },
798         { "arc_tempreserve",            KSTAT_DATA_UINT64 },
799         { "arc_loaned_bytes",           KSTAT_DATA_UINT64 },
800         { "arc_prune",                  KSTAT_DATA_UINT64 },
801         { "arc_meta_used",              KSTAT_DATA_UINT64 },
802         { "arc_meta_limit",             KSTAT_DATA_UINT64 },
803         { "arc_dnode_limit",            KSTAT_DATA_UINT64 },
804         { "arc_meta_max",               KSTAT_DATA_UINT64 },
805         { "arc_meta_min",               KSTAT_DATA_UINT64 },
806         { "async_upgrade_sync",         KSTAT_DATA_UINT64 },
807         { "demand_hit_predictive_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
808         { "demand_hit_prescient_prefetch", KSTAT_DATA_UINT64 },
809         { "arc_need_free",              KSTAT_DATA_UINT64 },
810         { "arc_sys_free",               KSTAT_DATA_UINT64 },
811         { "arc_raw_size",               KSTAT_DATA_UINT64 }
812 };
813
814 #define ARCSTAT(stat)   (arc_stats.stat.value.ui64)
815
816 #define ARCSTAT_INCR(stat, val) \
817         atomic_add_64(&arc_stats.stat.value.ui64, (val))
818
819 #define ARCSTAT_BUMP(stat)      ARCSTAT_INCR(stat, 1)
820 #define ARCSTAT_BUMPDOWN(stat)  ARCSTAT_INCR(stat, -1)
821
822 #define ARCSTAT_MAX(stat, val) {                                        \
823         uint64_t m;                                                     \
824         while ((val) > (m = arc_stats.stat.value.ui64) &&               \
825             (m != atomic_cas_64(&arc_stats.stat.value.ui64, m, (val)))) \
826                 continue;                                               \
827 }
828
829 #define ARCSTAT_MAXSTAT(stat) \
830         ARCSTAT_MAX(stat##_max, arc_stats.stat.value.ui64)
831
832 /*
833  * We define a macro to allow ARC hits/misses to be easily broken down by
834  * two separate conditions, giving a total of four different subtypes for
835  * each of hits and misses (so eight statistics total).
836  */
837 #define ARCSTAT_CONDSTAT(cond1, stat1, notstat1, cond2, stat2, notstat2, stat) \
838         if (cond1) {                                                    \
839                 if (cond2) {                                            \
840                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##stat2##_##stat); \
841                 } else {                                                \
842                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##stat1##_##notstat2##_##stat); \
843                 }                                                       \
844         } else {                                                        \
845                 if (cond2) {                                            \
846                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##stat2##_##stat); \
847                 } else {                                                \
848                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_##notstat1##_##notstat2##_##stat);\
849                 }                                                       \
850         }
851
852 kstat_t                 *arc_ksp;
853 static arc_state_t      *arc_anon;
854 static arc_state_t      *arc_mru;
855 static arc_state_t      *arc_mru_ghost;
856 static arc_state_t      *arc_mfu;
857 static arc_state_t      *arc_mfu_ghost;
858 static arc_state_t      *arc_l2c_only;
859
860 /*
861  * There are several ARC variables that are critical to export as kstats --
862  * but we don't want to have to grovel around in the kstat whenever we wish to
863  * manipulate them.  For these variables, we therefore define them to be in
864  * terms of the statistic variable.  This assures that we are not introducing
865  * the possibility of inconsistency by having shadow copies of the variables,
866  * while still allowing the code to be readable.
867  */
868 #define arc_p           ARCSTAT(arcstat_p)      /* target size of MRU */
869 #define arc_c           ARCSTAT(arcstat_c)      /* target size of cache */
870 #define arc_c_min       ARCSTAT(arcstat_c_min)  /* min target cache size */
871 #define arc_c_max       ARCSTAT(arcstat_c_max)  /* max target cache size */
872 #define arc_no_grow     ARCSTAT(arcstat_no_grow) /* do not grow cache size */
873 #define arc_tempreserve ARCSTAT(arcstat_tempreserve)
874 #define arc_loaned_bytes        ARCSTAT(arcstat_loaned_bytes)
875 #define arc_meta_limit  ARCSTAT(arcstat_meta_limit) /* max size for metadata */
876 #define arc_dnode_limit ARCSTAT(arcstat_dnode_limit) /* max size for dnodes */
877 #define arc_meta_min    ARCSTAT(arcstat_meta_min) /* min size for metadata */
878 #define arc_meta_max    ARCSTAT(arcstat_meta_max) /* max size of metadata */
879 #define arc_need_free   ARCSTAT(arcstat_need_free) /* bytes to be freed */
880 #define arc_sys_free    ARCSTAT(arcstat_sys_free) /* target system free bytes */
881
882 /* size of all b_rabd's in entire arc */
883 #define arc_raw_size    ARCSTAT(arcstat_raw_size)
884 /* compressed size of entire arc */
885 #define arc_compressed_size     ARCSTAT(arcstat_compressed_size)
886 /* uncompressed size of entire arc */
887 #define arc_uncompressed_size   ARCSTAT(arcstat_uncompressed_size)
888 /* number of bytes in the arc from arc_buf_t's */
889 #define arc_overhead_size       ARCSTAT(arcstat_overhead_size)
890
891 /*
892  * There are also some ARC variables that we want to export, but that are
893  * updated so often that having the canonical representation be the statistic
894  * variable causes a performance bottleneck. We want to use aggsum_t's for these
895  * instead, but still be able to export the kstat in the same way as before.
896  * The solution is to always use the aggsum version, except in the kstat update
897  * callback.
898  */
899 aggsum_t arc_size;
900 aggsum_t arc_meta_used;
901 aggsum_t astat_data_size;
902 aggsum_t astat_metadata_size;
903 aggsum_t astat_dbuf_size;
904 aggsum_t astat_dnode_size;
905 aggsum_t astat_bonus_size;
906 aggsum_t astat_hdr_size;
907 aggsum_t astat_l2_hdr_size;
908
909 static list_t arc_prune_list;
910 static kmutex_t arc_prune_mtx;
911 static taskq_t *arc_prune_taskq;
912
913 #define GHOST_STATE(state)      \
914         ((state) == arc_mru_ghost || (state) == arc_mfu_ghost ||        \
915         (state) == arc_l2c_only)
916
917 #define HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE)
918 #define HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS)
919 #define HDR_IO_ERROR(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_ERROR)
920 #define HDR_PREFETCH(hdr)       ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PREFETCH)
921 #define HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)     \
922         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
923 #define HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)    \
924         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC)
925
926 #define HDR_L2CACHE(hdr)        ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
927 #define HDR_L2_READING(hdr)     \
928         (((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS) &&  \
929         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L2HDR))
930 #define HDR_L2_WRITING(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_WRITING)
931 #define HDR_L2_EVICTED(hdr)     ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_EVICTED)
932 #define HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr)  ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_L2_WRITE_HEAD)
933 #define HDR_PROTECTED(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_PROTECTED)
934 #define HDR_NOAUTH(hdr)         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_NOAUTH)
935 #define HDR_SHARED_DATA(hdr)    ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_SHARED_DATA)
936
937 #define HDR_ISTYPE_METADATA(hdr)        \
938         ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_BUFC_METADATA)
939 #define HDR_ISTYPE_DATA(hdr)    (!HDR_ISTYPE_METADATA(hdr))
940
941 #define HDR_HAS_L1HDR(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L1HDR)
942 #define HDR_HAS_L2HDR(hdr)      ((hdr)->b_flags & ARC_FLAG_HAS_L2HDR)
943 #define HDR_HAS_RABD(hdr)       \
944         (HDR_HAS_L1HDR(hdr) && HDR_PROTECTED(hdr) &&    \
945         (hdr)->b_crypt_hdr.b_rabd != NULL)
946 #define HDR_ENCRYPTED(hdr)      \
947         (HDR_PROTECTED(hdr) && DMU_OT_IS_ENCRYPTED((hdr)->b_crypt_hdr.b_ot))
948 #define HDR_AUTHENTICATED(hdr)  \
949         (HDR_PROTECTED(hdr) && !DMU_OT_IS_ENCRYPTED((hdr)->b_crypt_hdr.b_ot))
950
951 /* For storing compression mode in b_flags */
952 #define HDR_COMPRESS_OFFSET     (highbit64(ARC_FLAG_COMPRESS_0) - 1)
953
954 #define HDR_GET_COMPRESS(hdr)   ((enum zio_compress)BF32_GET((hdr)->b_flags, \
955         HDR_COMPRESS_OFFSET, SPA_COMPRESSBITS))
956 #define HDR_SET_COMPRESS(hdr, cmp) BF32_SET((hdr)->b_flags, \
957         HDR_COMPRESS_OFFSET, SPA_COMPRESSBITS, (cmp));
958
959 #define ARC_BUF_LAST(buf)       ((buf)->b_next == NULL)
960 #define ARC_BUF_SHARED(buf)     ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_SHARED)
961 #define ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED)
962 #define ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)  ((buf)->b_flags & ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED)
963
964 /*
965  * Other sizes
966  */
967
968 #define HDR_FULL_CRYPT_SIZE ((int64_t)sizeof (arc_buf_hdr_t))
969 #define HDR_FULL_SIZE ((int64_t)offsetof(arc_buf_hdr_t, b_crypt_hdr))
970 #define HDR_L2ONLY_SIZE ((int64_t)offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr))
971
972 /*
973  * Hash table routines
974  */
975
976 #define HT_LOCK_ALIGN   64
977 #define HT_LOCK_PAD     (P2NPHASE(sizeof (kmutex_t), (HT_LOCK_ALIGN)))
978
979 struct ht_lock {
980         kmutex_t        ht_lock;
981 #ifdef _KERNEL
982         unsigned char   pad[HT_LOCK_PAD];
983 #endif
984 };
985
986 #define BUF_LOCKS 8192
987 typedef struct buf_hash_table {
988         uint64_t ht_mask;
989         arc_buf_hdr_t **ht_table;
990         struct ht_lock ht_locks[BUF_LOCKS];
991 } buf_hash_table_t;
992
993 static buf_hash_table_t buf_hash_table;
994
995 #define BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth) \
996         (buf_hash(spa, dva, birth) & buf_hash_table.ht_mask)
997 #define BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx) (buf_hash_table.ht_locks[idx & (BUF_LOCKS-1)])
998 #define BUF_HASH_LOCK(idx)      (&(BUF_HASH_LOCK_NTRY(idx).ht_lock))
999 #define HDR_LOCK(hdr) \
1000         (BUF_HASH_LOCK(BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth)))
1001
1002 uint64_t zfs_crc64_table[256];
1003
1004 /*
1005  * Level 2 ARC
1006  */
1007
1008 #define L2ARC_WRITE_SIZE        (8 * 1024 * 1024)       /* initial write max */
1009 #define L2ARC_HEADROOM          2                       /* num of writes */
1010
1011 /*
1012  * If we discover during ARC scan any buffers to be compressed, we boost
1013  * our headroom for the next scanning cycle by this percentage multiple.
1014  */
1015 #define L2ARC_HEADROOM_BOOST    200
1016 #define L2ARC_FEED_SECS         1               /* caching interval secs */
1017 #define L2ARC_FEED_MIN_MS       200             /* min caching interval ms */
1018
1019 /*
1020  * We can feed L2ARC from two states of ARC buffers, mru and mfu,
1021  * and each of the state has two types: data and metadata.
1022  */
1023 #define L2ARC_FEED_TYPES        4
1024
1025 #define l2arc_writes_sent       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_sent)
1026 #define l2arc_writes_done       ARCSTAT(arcstat_l2_writes_done)
1027
1028 /* L2ARC Performance Tunables */
1029 unsigned long l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;       /* def max write size */
1030 unsigned long l2arc_write_boost = L2ARC_WRITE_SIZE;     /* extra warmup write */
1031 unsigned long l2arc_headroom = L2ARC_HEADROOM;          /* # of dev writes */
1032 unsigned long l2arc_headroom_boost = L2ARC_HEADROOM_BOOST;
1033 unsigned long l2arc_feed_secs = L2ARC_FEED_SECS;        /* interval seconds */
1034 unsigned long l2arc_feed_min_ms = L2ARC_FEED_MIN_MS;    /* min interval msecs */
1035 int l2arc_noprefetch = B_TRUE;                  /* don't cache prefetch bufs */
1036 int l2arc_feed_again = B_TRUE;                  /* turbo warmup */
1037 int l2arc_norw = B_FALSE;                       /* no reads during writes */
1038
1039 /*
1040  * L2ARC Internals
1041  */
1042 static list_t L2ARC_dev_list;                   /* device list */
1043 static list_t *l2arc_dev_list;                  /* device list pointer */
1044 static kmutex_t l2arc_dev_mtx;                  /* device list mutex */
1045 static l2arc_dev_t *l2arc_dev_last;             /* last device used */
1046 static list_t L2ARC_free_on_write;              /* free after write buf list */
1047 static list_t *l2arc_free_on_write;             /* free after write list ptr */
1048 static kmutex_t l2arc_free_on_write_mtx;        /* mutex for list */
1049 static uint64_t l2arc_ndev;                     /* number of devices */
1050
1051 typedef struct l2arc_read_callback {
1052         arc_buf_hdr_t           *l2rcb_hdr;             /* read header */
1053         blkptr_t                l2rcb_bp;               /* original blkptr */
1054         zbookmark_phys_t        l2rcb_zb;               /* original bookmark */
1055         int                     l2rcb_flags;            /* original flags */
1056         abd_t                   *l2rcb_abd;             /* temporary buffer */
1057 } l2arc_read_callback_t;
1058
1059 typedef struct l2arc_data_free {
1060         /* protected by l2arc_free_on_write_mtx */
1061         abd_t           *l2df_abd;
1062         size_t          l2df_size;
1063         arc_buf_contents_t l2df_type;
1064         list_node_t     l2df_list_node;
1065 } l2arc_data_free_t;
1066
1067 typedef enum arc_fill_flags {
1068         ARC_FILL_LOCKED         = 1 << 0, /* hdr lock is held */
1069         ARC_FILL_COMPRESSED     = 1 << 1, /* fill with compressed data */
1070         ARC_FILL_ENCRYPTED      = 1 << 2, /* fill with encrypted data */
1071         ARC_FILL_NOAUTH         = 1 << 3, /* don't attempt to authenticate */
1072         ARC_FILL_IN_PLACE       = 1 << 4  /* fill in place (special case) */
1073 } arc_fill_flags_t;
1074
1075 static kmutex_t l2arc_feed_thr_lock;
1076 static kcondvar_t l2arc_feed_thr_cv;
1077 static uint8_t l2arc_thread_exit;
1078
1079 static abd_t *arc_get_data_abd(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, void *);
1080 static void *arc_get_data_buf(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, void *);
1081 static void arc_get_data_impl(arc_buf_hdr_t *, uint64_t, void *);
1082 static void arc_free_data_abd(arc_buf_hdr_t *, abd_t *, uint64_t, void *);
1083 static void arc_free_data_buf(arc_buf_hdr_t *, void *, uint64_t, void *);
1084 static void arc_free_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag);
1085 static void arc_hdr_free_abd(arc_buf_hdr_t *, boolean_t);
1086 static void arc_hdr_alloc_abd(arc_buf_hdr_t *, boolean_t);
1087 static void arc_access(arc_buf_hdr_t *, kmutex_t *);
1088 static boolean_t arc_is_overflowing(void);
1089 static void arc_buf_watch(arc_buf_t *);
1090 static void arc_tuning_update(void);
1091 static void arc_prune_async(int64_t);
1092 static uint64_t arc_all_memory(void);
1093
1094 static arc_buf_contents_t arc_buf_type(arc_buf_hdr_t *);
1095 static uint32_t arc_bufc_to_flags(arc_buf_contents_t);
1096 static inline void arc_hdr_set_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags);
1097 static inline void arc_hdr_clear_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags);
1098
1099 static boolean_t l2arc_write_eligible(uint64_t, arc_buf_hdr_t *);
1100 static void l2arc_read_done(zio_t *);
1101
1102
1103 /*
1104  * We use Cityhash for this. It's fast, and has good hash properties without
1105  * requiring any large static buffers.
1106  */
1107 static uint64_t
1108 buf_hash(uint64_t spa, const dva_t *dva, uint64_t birth)
1109 {
1110         return (cityhash4(spa, dva->dva_word[0], dva->dva_word[1], birth));
1111 }
1112
1113 #define HDR_EMPTY(hdr)                                          \
1114         ((hdr)->b_dva.dva_word[0] == 0 &&                       \
1115         (hdr)->b_dva.dva_word[1] == 0)
1116
1117 #define HDR_EQUAL(spa, dva, birth, hdr)                         \
1118         ((hdr)->b_dva.dva_word[0] == (dva)->dva_word[0]) &&     \
1119         ((hdr)->b_dva.dva_word[1] == (dva)->dva_word[1]) &&     \
1120         ((hdr)->b_birth == birth) && ((hdr)->b_spa == spa)
1121
1122 static void
1123 buf_discard_identity(arc_buf_hdr_t *hdr)
1124 {
1125         hdr->b_dva.dva_word[0] = 0;
1126         hdr->b_dva.dva_word[1] = 0;
1127         hdr->b_birth = 0;
1128 }
1129
1130 static arc_buf_hdr_t *
1131 buf_hash_find(uint64_t spa, const blkptr_t *bp, kmutex_t **lockp)
1132 {
1133         const dva_t *dva = BP_IDENTITY(bp);
1134         uint64_t birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
1135         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(spa, dva, birth);
1136         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
1137         arc_buf_hdr_t *hdr;
1138
1139         mutex_enter(hash_lock);
1140         for (hdr = buf_hash_table.ht_table[idx]; hdr != NULL;
1141             hdr = hdr->b_hash_next) {
1142                 if (HDR_EQUAL(spa, dva, birth, hdr)) {
1143                         *lockp = hash_lock;
1144                         return (hdr);
1145                 }
1146         }
1147         mutex_exit(hash_lock);
1148         *lockp = NULL;
1149         return (NULL);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * Insert an entry into the hash table.  If there is already an element
1154  * equal to elem in the hash table, then the already existing element
1155  * will be returned and the new element will not be inserted.
1156  * Otherwise returns NULL.
1157  * If lockp == NULL, the caller is assumed to already hold the hash lock.
1158  */
1159 static arc_buf_hdr_t *
1160 buf_hash_insert(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t **lockp)
1161 {
1162         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth);
1163         kmutex_t *hash_lock = BUF_HASH_LOCK(idx);
1164         arc_buf_hdr_t *fhdr;
1165         uint32_t i;
1166
1167         ASSERT(!DVA_IS_EMPTY(&hdr->b_dva));
1168         ASSERT(hdr->b_birth != 0);
1169         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1170
1171         if (lockp != NULL) {
1172                 *lockp = hash_lock;
1173                 mutex_enter(hash_lock);
1174         } else {
1175                 ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
1176         }
1177
1178         for (fhdr = buf_hash_table.ht_table[idx], i = 0; fhdr != NULL;
1179             fhdr = fhdr->b_hash_next, i++) {
1180                 if (HDR_EQUAL(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth, fhdr))
1181                         return (fhdr);
1182         }
1183
1184         hdr->b_hash_next = buf_hash_table.ht_table[idx];
1185         buf_hash_table.ht_table[idx] = hdr;
1186         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
1187
1188         /* collect some hash table performance data */
1189         if (i > 0) {
1190                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_collisions);
1191                 if (i == 1)
1192                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_chains);
1193
1194                 ARCSTAT_MAX(arcstat_hash_chain_max, i);
1195         }
1196
1197         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hash_elements);
1198         ARCSTAT_MAXSTAT(arcstat_hash_elements);
1199
1200         return (NULL);
1201 }
1202
1203 static void
1204 buf_hash_remove(arc_buf_hdr_t *hdr)
1205 {
1206         arc_buf_hdr_t *fhdr, **hdrp;
1207         uint64_t idx = BUF_HASH_INDEX(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth);
1208
1209         ASSERT(MUTEX_HELD(BUF_HASH_LOCK(idx)));
1210         ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
1211
1212         hdrp = &buf_hash_table.ht_table[idx];
1213         while ((fhdr = *hdrp) != hdr) {
1214                 ASSERT3P(fhdr, !=, NULL);
1215                 hdrp = &fhdr->b_hash_next;
1216         }
1217         *hdrp = hdr->b_hash_next;
1218         hdr->b_hash_next = NULL;
1219         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
1220
1221         /* collect some hash table performance data */
1222         ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_elements);
1223
1224         if (buf_hash_table.ht_table[idx] &&
1225             buf_hash_table.ht_table[idx]->b_hash_next == NULL)
1226                 ARCSTAT_BUMPDOWN(arcstat_hash_chains);
1227 }
1228
1229 /*
1230  * Global data structures and functions for the buf kmem cache.
1231  */
1232
1233 static kmem_cache_t *hdr_full_cache;
1234 static kmem_cache_t *hdr_full_crypt_cache;
1235 static kmem_cache_t *hdr_l2only_cache;
1236 static kmem_cache_t *buf_cache;
1237
1238 static void
1239 buf_fini(void)
1240 {
1241         int i;
1242
1243 #if defined(_KERNEL)
1244         /*
1245          * Large allocations which do not require contiguous pages
1246          * should be using vmem_free() in the linux kernel\
1247          */
1248         vmem_free(buf_hash_table.ht_table,
1249             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
1250 #else
1251         kmem_free(buf_hash_table.ht_table,
1252             (buf_hash_table.ht_mask + 1) * sizeof (void *));
1253 #endif
1254         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++)
1255                 mutex_destroy(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock);
1256         kmem_cache_destroy(hdr_full_cache);
1257         kmem_cache_destroy(hdr_full_crypt_cache);
1258         kmem_cache_destroy(hdr_l2only_cache);
1259         kmem_cache_destroy(buf_cache);
1260 }
1261
1262 /*
1263  * Constructor callback - called when the cache is empty
1264  * and a new buf is requested.
1265  */
1266 /* ARGSUSED */
1267 static int
1268 hdr_full_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1269 {
1270         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1271
1272         bzero(hdr, HDR_FULL_SIZE);
1273         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
1274         cv_init(&hdr->b_l1hdr.b_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
1275         zfs_refcount_create(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
1276         mutex_init(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1277         list_link_init(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node);
1278         list_link_init(&hdr->b_l2hdr.b_l2node);
1279         multilist_link_init(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node);
1280         arc_space_consume(HDR_FULL_SIZE, ARC_SPACE_HDRS);
1281
1282         return (0);
1283 }
1284
1285 /* ARGSUSED */
1286 static int
1287 hdr_full_crypt_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1288 {
1289         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1290
1291         hdr_full_cons(vbuf, unused, kmflag);
1292         bzero(&hdr->b_crypt_hdr, sizeof (hdr->b_crypt_hdr));
1293         arc_space_consume(sizeof (hdr->b_crypt_hdr), ARC_SPACE_HDRS);
1294
1295         return (0);
1296 }
1297
1298 /* ARGSUSED */
1299 static int
1300 hdr_l2only_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1301 {
1302         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1303
1304         bzero(hdr, HDR_L2ONLY_SIZE);
1305         arc_space_consume(HDR_L2ONLY_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1306
1307         return (0);
1308 }
1309
1310 /* ARGSUSED */
1311 static int
1312 buf_cons(void *vbuf, void *unused, int kmflag)
1313 {
1314         arc_buf_t *buf = vbuf;
1315
1316         bzero(buf, sizeof (arc_buf_t));
1317         mutex_init(&buf->b_evict_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1318         arc_space_consume(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
1319
1320         return (0);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Destructor callback - called when a cached buf is
1325  * no longer required.
1326  */
1327 /* ARGSUSED */
1328 static void
1329 hdr_full_dest(void *vbuf, void *unused)
1330 {
1331         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1332
1333         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
1334         cv_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_cv);
1335         zfs_refcount_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
1336         mutex_destroy(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1337         ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
1338         arc_space_return(HDR_FULL_SIZE, ARC_SPACE_HDRS);
1339 }
1340
1341 /* ARGSUSED */
1342 static void
1343 hdr_full_crypt_dest(void *vbuf, void *unused)
1344 {
1345         arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf;
1346
1347         hdr_full_dest(vbuf, unused);
1348         arc_space_return(sizeof (hdr->b_crypt_hdr), ARC_SPACE_HDRS);
1349 }
1350
1351 /* ARGSUSED */
1352 static void
1353 hdr_l2only_dest(void *vbuf, void *unused)
1354 {
1355         ASSERTV(arc_buf_hdr_t *hdr = vbuf);
1356
1357         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
1358         arc_space_return(HDR_L2ONLY_SIZE, ARC_SPACE_L2HDRS);
1359 }
1360
1361 /* ARGSUSED */
1362 static void
1363 buf_dest(void *vbuf, void *unused)
1364 {
1365         arc_buf_t *buf = vbuf;
1366
1367         mutex_destroy(&buf->b_evict_lock);
1368         arc_space_return(sizeof (arc_buf_t), ARC_SPACE_HDRS);
1369 }
1370
1371 /*
1372  * Reclaim callback -- invoked when memory is low.
1373  */
1374 /* ARGSUSED */
1375 static void
1376 hdr_recl(void *unused)
1377 {
1378         dprintf("hdr_recl called\n");
1379         /*
1380          * umem calls the reclaim func when we destroy the buf cache,
1381          * which is after we do arc_fini().
1382          */
1383         if (!arc_dead)
1384                 cv_signal(&arc_reclaim_thread_cv);
1385 }
1386
1387 static void
1388 buf_init(void)
1389 {
1390         uint64_t *ct = NULL;
1391         uint64_t hsize = 1ULL << 12;
1392         int i, j;
1393
1394         /*
1395          * The hash table is big enough to fill all of physical memory
1396          * with an average block size of zfs_arc_average_blocksize (default 8K).
1397          * By default, the table will take up
1398          * totalmem * sizeof(void*) / 8K (1MB per GB with 8-byte pointers).
1399          */
1400         while (hsize * zfs_arc_average_blocksize < arc_all_memory())
1401                 hsize <<= 1;
1402 retry:
1403         buf_hash_table.ht_mask = hsize - 1;
1404 #if defined(_KERNEL)
1405         /*
1406          * Large allocations which do not require contiguous pages
1407          * should be using vmem_alloc() in the linux kernel
1408          */
1409         buf_hash_table.ht_table =
1410             vmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_SLEEP);
1411 #else
1412         buf_hash_table.ht_table =
1413             kmem_zalloc(hsize * sizeof (void*), KM_NOSLEEP);
1414 #endif
1415         if (buf_hash_table.ht_table == NULL) {
1416                 ASSERT(hsize > (1ULL << 8));
1417                 hsize >>= 1;
1418                 goto retry;
1419         }
1420
1421         hdr_full_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_full", HDR_FULL_SIZE,
1422             0, hdr_full_cons, hdr_full_dest, hdr_recl, NULL, NULL, 0);
1423         hdr_full_crypt_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_full_crypt",
1424             HDR_FULL_CRYPT_SIZE, 0, hdr_full_crypt_cons, hdr_full_crypt_dest,
1425             hdr_recl, NULL, NULL, 0);
1426         hdr_l2only_cache = kmem_cache_create("arc_buf_hdr_t_l2only",
1427             HDR_L2ONLY_SIZE, 0, hdr_l2only_cons, hdr_l2only_dest, hdr_recl,
1428             NULL, NULL, 0);
1429         buf_cache = kmem_cache_create("arc_buf_t", sizeof (arc_buf_t),
1430             0, buf_cons, buf_dest, NULL, NULL, NULL, 0);
1431
1432         for (i = 0; i < 256; i++)
1433                 for (ct = zfs_crc64_table + i, *ct = i, j = 8; j > 0; j--)
1434                         *ct = (*ct >> 1) ^ (-(*ct & 1) & ZFS_CRC64_POLY);
1435
1436         for (i = 0; i < BUF_LOCKS; i++) {
1437                 mutex_init(&buf_hash_table.ht_locks[i].ht_lock,
1438                     NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
1439         }
1440 }
1441
1442 #define ARC_MINTIME     (hz>>4) /* 62 ms */
1443
1444 /*
1445  * This is the size that the buf occupies in memory. If the buf is compressed,
1446  * it will correspond to the compressed size. You should use this method of
1447  * getting the buf size unless you explicitly need the logical size.
1448  */
1449 uint64_t
1450 arc_buf_size(arc_buf_t *buf)
1451 {
1452         return (ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ?
1453             HDR_GET_PSIZE(buf->b_hdr) : HDR_GET_LSIZE(buf->b_hdr));
1454 }
1455
1456 uint64_t
1457 arc_buf_lsize(arc_buf_t *buf)
1458 {
1459         return (HDR_GET_LSIZE(buf->b_hdr));
1460 }
1461
1462 /*
1463  * This function will return B_TRUE if the buffer is encrypted in memory.
1464  * This buffer can be decrypted by calling arc_untransform().
1465  */
1466 boolean_t
1467 arc_is_encrypted(arc_buf_t *buf)
1468 {
1469         return (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf) != 0);
1470 }
1471
1472 /*
1473  * Returns B_TRUE if the buffer represents data that has not had its MAC
1474  * verified yet.
1475  */
1476 boolean_t
1477 arc_is_unauthenticated(arc_buf_t *buf)
1478 {
1479         return (HDR_NOAUTH(buf->b_hdr) != 0);
1480 }
1481
1482 void
1483 arc_get_raw_params(arc_buf_t *buf, boolean_t *byteorder, uint8_t *salt,
1484     uint8_t *iv, uint8_t *mac)
1485 {
1486         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1487
1488         ASSERT(HDR_PROTECTED(hdr));
1489
1490         bcopy(hdr->b_crypt_hdr.b_salt, salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
1491         bcopy(hdr->b_crypt_hdr.b_iv, iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
1492         bcopy(hdr->b_crypt_hdr.b_mac, mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
1493         *byteorder = (hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS) ?
1494             ZFS_HOST_BYTEORDER : !ZFS_HOST_BYTEORDER;
1495 }
1496
1497 /*
1498  * Indicates how this buffer is compressed in memory. If it is not compressed
1499  * the value will be ZIO_COMPRESS_OFF. It can be made normally readable with
1500  * arc_untransform() as long as it is also unencrypted.
1501  */
1502 enum zio_compress
1503 arc_get_compression(arc_buf_t *buf)
1504 {
1505         return (ARC_BUF_COMPRESSED(buf) ?
1506             HDR_GET_COMPRESS(buf->b_hdr) : ZIO_COMPRESS_OFF);
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Return the compression algorithm used to store this data in the ARC. If ARC
1511  * compression is enabled or this is an encrypted block, this will be the same
1512  * as what's used to store it on-disk. Otherwise, this will be ZIO_COMPRESS_OFF.
1513  */
1514 static inline enum zio_compress
1515 arc_hdr_get_compress(arc_buf_hdr_t *hdr)
1516 {
1517         return (HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr) ?
1518             HDR_GET_COMPRESS(hdr) : ZIO_COMPRESS_OFF);
1519 }
1520
1521 static inline boolean_t
1522 arc_buf_is_shared(arc_buf_t *buf)
1523 {
1524         boolean_t shared = (buf->b_data != NULL &&
1525             buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL &&
1526             abd_is_linear(buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd) &&
1527             buf->b_data == abd_to_buf(buf->b_hdr->b_l1hdr.b_pabd));
1528         IMPLY(shared, HDR_SHARED_DATA(buf->b_hdr));
1529         IMPLY(shared, ARC_BUF_SHARED(buf));
1530         IMPLY(shared, ARC_BUF_COMPRESSED(buf) || ARC_BUF_LAST(buf));
1531
1532         /*
1533          * It would be nice to assert arc_can_share() too, but the "hdr isn't
1534          * already being shared" requirement prevents us from doing that.
1535          */
1536
1537         return (shared);
1538 }
1539
1540 /*
1541  * Free the checksum associated with this header. If there is no checksum, this
1542  * is a no-op.
1543  */
1544 static inline void
1545 arc_cksum_free(arc_buf_hdr_t *hdr)
1546 {
1547         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1548
1549         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1550         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL) {
1551                 kmem_free(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, sizeof (zio_cksum_t));
1552                 hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = NULL;
1553         }
1554         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1555 }
1556
1557 /*
1558  * Return true iff at least one of the bufs on hdr is not compressed.
1559  * Encrypted buffers count as compressed.
1560  */
1561 static boolean_t
1562 arc_hdr_has_uncompressed_buf(arc_buf_hdr_t *hdr)
1563 {
1564         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon ||
1565             MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
1566
1567         for (arc_buf_t *b = hdr->b_l1hdr.b_buf; b != NULL; b = b->b_next) {
1568                 if (!ARC_BUF_COMPRESSED(b)) {
1569                         return (B_TRUE);
1570                 }
1571         }
1572         return (B_FALSE);
1573 }
1574
1575
1576 /*
1577  * If we've turned on the ZFS_DEBUG_MODIFY flag, verify that the buf's data
1578  * matches the checksum that is stored in the hdr. If there is no checksum,
1579  * or if the buf is compressed, this is a no-op.
1580  */
1581 static void
1582 arc_cksum_verify(arc_buf_t *buf)
1583 {
1584         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1585         zio_cksum_t zc;
1586
1587         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1588                 return;
1589
1590         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf))
1591                 return;
1592
1593         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1594
1595         mutex_enter(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1596
1597         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL || HDR_IO_ERROR(hdr)) {
1598                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1599                 return;
1600         }
1601
1602         fletcher_2_native(buf->b_data, arc_buf_size(buf), NULL, &zc);
1603         if (!ZIO_CHECKSUM_EQUAL(*hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, zc))
1604                 panic("buffer modified while frozen!");
1605         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1606 }
1607
1608 /*
1609  * This function makes the assumption that data stored in the L2ARC
1610  * will be transformed exactly as it is in the main pool. Because of
1611  * this we can verify the checksum against the reading process's bp.
1612  */
1613 static boolean_t
1614 arc_cksum_is_equal(arc_buf_hdr_t *hdr, zio_t *zio)
1615 {
1616         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp));
1617         VERIFY3U(BP_GET_PSIZE(zio->io_bp), ==, HDR_GET_PSIZE(hdr));
1618
1619         /*
1620          * Block pointers always store the checksum for the logical data.
1621          * If the block pointer has the gang bit set, then the checksum
1622          * it represents is for the reconstituted data and not for an
1623          * individual gang member. The zio pipeline, however, must be able to
1624          * determine the checksum of each of the gang constituents so it
1625          * treats the checksum comparison differently than what we need
1626          * for l2arc blocks. This prevents us from using the
1627          * zio_checksum_error() interface directly. Instead we must call the
1628          * zio_checksum_error_impl() so that we can ensure the checksum is
1629          * generated using the correct checksum algorithm and accounts for the
1630          * logical I/O size and not just a gang fragment.
1631          */
1632         return (zio_checksum_error_impl(zio->io_spa, zio->io_bp,
1633             BP_GET_CHECKSUM(zio->io_bp), zio->io_abd, zio->io_size,
1634             zio->io_offset, NULL) == 0);
1635 }
1636
1637 /*
1638  * Given a buf full of data, if ZFS_DEBUG_MODIFY is enabled this computes a
1639  * checksum and attaches it to the buf's hdr so that we can ensure that the buf
1640  * isn't modified later on. If buf is compressed or there is already a checksum
1641  * on the hdr, this is a no-op (we only checksum uncompressed bufs).
1642  */
1643 static void
1644 arc_cksum_compute(arc_buf_t *buf)
1645 {
1646         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1647
1648         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1649                 return;
1650
1651         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1652
1653         mutex_enter(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1654         if (hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum != NULL || ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
1655                 mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1656                 return;
1657         }
1658
1659         ASSERT(!ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
1660         ASSERT(!ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
1661         hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = kmem_alloc(sizeof (zio_cksum_t),
1662             KM_SLEEP);
1663         fletcher_2_native(buf->b_data, arc_buf_size(buf), NULL,
1664             hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum);
1665         mutex_exit(&hdr->b_l1hdr.b_freeze_lock);
1666         arc_buf_watch(buf);
1667 }
1668
1669 #ifndef _KERNEL
1670 void
1671 arc_buf_sigsegv(int sig, siginfo_t *si, void *unused)
1672 {
1673         panic("Got SIGSEGV at address: 0x%lx\n", (long)si->si_addr);
1674 }
1675 #endif
1676
1677 /* ARGSUSED */
1678 static void
1679 arc_buf_unwatch(arc_buf_t *buf)
1680 {
1681 #ifndef _KERNEL
1682         if (arc_watch) {
1683                 ASSERT0(mprotect(buf->b_data, arc_buf_size(buf),
1684                     PROT_READ | PROT_WRITE));
1685         }
1686 #endif
1687 }
1688
1689 /* ARGSUSED */
1690 static void
1691 arc_buf_watch(arc_buf_t *buf)
1692 {
1693 #ifndef _KERNEL
1694         if (arc_watch)
1695                 ASSERT0(mprotect(buf->b_data, arc_buf_size(buf),
1696                     PROT_READ));
1697 #endif
1698 }
1699
1700 static arc_buf_contents_t
1701 arc_buf_type(arc_buf_hdr_t *hdr)
1702 {
1703         arc_buf_contents_t type;
1704         if (HDR_ISTYPE_METADATA(hdr)) {
1705                 type = ARC_BUFC_METADATA;
1706         } else {
1707                 type = ARC_BUFC_DATA;
1708         }
1709         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
1710         return (type);
1711 }
1712
1713 boolean_t
1714 arc_is_metadata(arc_buf_t *buf)
1715 {
1716         return (HDR_ISTYPE_METADATA(buf->b_hdr) != 0);
1717 }
1718
1719 static uint32_t
1720 arc_bufc_to_flags(arc_buf_contents_t type)
1721 {
1722         switch (type) {
1723         case ARC_BUFC_DATA:
1724                 /* metadata field is 0 if buffer contains normal data */
1725                 return (0);
1726         case ARC_BUFC_METADATA:
1727                 return (ARC_FLAG_BUFC_METADATA);
1728         default:
1729                 break;
1730         }
1731         panic("undefined ARC buffer type!");
1732         return ((uint32_t)-1);
1733 }
1734
1735 void
1736 arc_buf_thaw(arc_buf_t *buf)
1737 {
1738         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1739
1740         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
1741         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
1742
1743         arc_cksum_verify(buf);
1744
1745         /*
1746          * Compressed buffers do not manipulate the b_freeze_cksum.
1747          */
1748         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf))
1749                 return;
1750
1751         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1752         arc_cksum_free(hdr);
1753         arc_buf_unwatch(buf);
1754 }
1755
1756 void
1757 arc_buf_freeze(arc_buf_t *buf)
1758 {
1759         if (!(zfs_flags & ZFS_DEBUG_MODIFY))
1760                 return;
1761
1762         if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf))
1763                 return;
1764
1765         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(buf->b_hdr));
1766         arc_cksum_compute(buf);
1767 }
1768
1769 /*
1770  * The arc_buf_hdr_t's b_flags should never be modified directly. Instead,
1771  * the following functions should be used to ensure that the flags are
1772  * updated in a thread-safe way. When manipulating the flags either
1773  * the hash_lock must be held or the hdr must be undiscoverable. This
1774  * ensures that we're not racing with any other threads when updating
1775  * the flags.
1776  */
1777 static inline void
1778 arc_hdr_set_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags)
1779 {
1780         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
1781         hdr->b_flags |= flags;
1782 }
1783
1784 static inline void
1785 arc_hdr_clear_flags(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_flags_t flags)
1786 {
1787         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
1788         hdr->b_flags &= ~flags;
1789 }
1790
1791 /*
1792  * Setting the compression bits in the arc_buf_hdr_t's b_flags is
1793  * done in a special way since we have to clear and set bits
1794  * at the same time. Consumers that wish to set the compression bits
1795  * must use this function to ensure that the flags are updated in
1796  * thread-safe manner.
1797  */
1798 static void
1799 arc_hdr_set_compress(arc_buf_hdr_t *hdr, enum zio_compress cmp)
1800 {
1801         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
1802
1803         /*
1804          * Holes and embedded blocks will always have a psize = 0 so
1805          * we ignore the compression of the blkptr and set the
1806          * want to uncompress them. Mark them as uncompressed.
1807          */
1808         if (!zfs_compressed_arc_enabled || HDR_GET_PSIZE(hdr) == 0) {
1809                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC);
1810                 ASSERT(!HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr));
1811         } else {
1812                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_COMPRESSED_ARC);
1813                 ASSERT(HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr));
1814         }
1815
1816         HDR_SET_COMPRESS(hdr, cmp);
1817         ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, cmp);
1818 }
1819
1820 /*
1821  * Looks for another buf on the same hdr which has the data decompressed, copies
1822  * from it, and returns true. If no such buf exists, returns false.
1823  */
1824 static boolean_t
1825 arc_buf_try_copy_decompressed_data(arc_buf_t *buf)
1826 {
1827         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
1828         boolean_t copied = B_FALSE;
1829
1830         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
1831         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
1832         ASSERT(!ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
1833
1834         for (arc_buf_t *from = hdr->b_l1hdr.b_buf; from != NULL;
1835             from = from->b_next) {
1836                 /* can't use our own data buffer */
1837                 if (from == buf) {
1838                         continue;
1839                 }
1840
1841                 if (!ARC_BUF_COMPRESSED(from)) {
1842                         bcopy(from->b_data, buf->b_data, arc_buf_size(buf));
1843                         copied = B_TRUE;
1844                         break;
1845                 }
1846         }
1847
1848         /*
1849          * There were no decompressed bufs, so there should not be a
1850          * checksum on the hdr either.
1851          */
1852         EQUIV(!copied, hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum == NULL);
1853
1854         return (copied);
1855 }
1856
1857 /*
1858  * Return the size of the block, b_pabd, that is stored in the arc_buf_hdr_t.
1859  */
1860 static uint64_t
1861 arc_hdr_size(arc_buf_hdr_t *hdr)
1862 {
1863         uint64_t size;
1864
1865         if (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
1866             HDR_GET_PSIZE(hdr) > 0) {
1867                 size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
1868         } else {
1869                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, 0);
1870                 size = HDR_GET_LSIZE(hdr);
1871         }
1872         return (size);
1873 }
1874
1875 static int
1876 arc_hdr_authenticate(arc_buf_hdr_t *hdr, spa_t *spa, uint64_t dsobj)
1877 {
1878         int ret;
1879         uint64_t csize;
1880         uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
1881         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
1882         void *tmpbuf = NULL;
1883         abd_t *abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
1884
1885         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
1886         ASSERT(HDR_AUTHENTICATED(hdr));
1887         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
1888
1889         /*
1890          * The MAC is calculated on the compressed data that is stored on disk.
1891          * However, if compressed arc is disabled we will only have the
1892          * decompressed data available to us now. Compress it into a temporary
1893          * abd so we can verify the MAC. The performance overhead of this will
1894          * be relatively low, since most objects in an encrypted objset will
1895          * be encrypted (instead of authenticated) anyway.
1896          */
1897         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
1898             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
1899                 tmpbuf = zio_buf_alloc(lsize);
1900                 abd = abd_get_from_buf(tmpbuf, lsize);
1901                 abd_take_ownership_of_buf(abd, B_TRUE);
1902
1903                 csize = zio_compress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
1904                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, tmpbuf, lsize);
1905                 ASSERT3U(csize, <=, psize);
1906                 abd_zero_off(abd, csize, psize - csize);
1907         }
1908
1909         /*
1910          * Authentication is best effort. We authenticate whenever the key is
1911          * available. If we succeed we clear ARC_FLAG_NOAUTH.
1912          */
1913         if (hdr->b_crypt_hdr.b_ot == DMU_OT_OBJSET) {
1914                 ASSERT3U(HDR_GET_COMPRESS(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
1915                 ASSERT3U(lsize, ==, psize);
1916                 ret = spa_do_crypt_objset_mac_abd(B_FALSE, spa, dsobj, abd,
1917                     psize, hdr->b_l1hdr.b_byteswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
1918         } else {
1919                 ret = spa_do_crypt_mac_abd(B_FALSE, spa, dsobj, abd, psize,
1920                     hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
1921         }
1922
1923         if (ret == 0)
1924                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_NOAUTH);
1925         else if (ret != ENOENT)
1926                 goto error;
1927
1928         if (tmpbuf != NULL)
1929                 abd_free(abd);
1930
1931         return (0);
1932
1933 error:
1934         if (tmpbuf != NULL)
1935                 abd_free(abd);
1936
1937         return (ret);
1938 }
1939
1940 /*
1941  * This function will take a header that only has raw encrypted data in
1942  * b_crypt_hdr.b_rabd and decrypt it into a new buffer which is stored in
1943  * b_l1hdr.b_pabd. If designated in the header flags, this function will
1944  * also decompress the data.
1945  */
1946 static int
1947 arc_hdr_decrypt(arc_buf_hdr_t *hdr, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb)
1948 {
1949         int ret;
1950         abd_t *cabd = NULL;
1951         void *tmp = NULL;
1952         boolean_t no_crypt = B_FALSE;
1953         boolean_t bswap = (hdr->b_l1hdr.b_byteswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
1954
1955         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
1956         ASSERT(HDR_ENCRYPTED(hdr));
1957
1958         arc_hdr_alloc_abd(hdr, B_FALSE);
1959
1960         ret = spa_do_crypt_abd(B_FALSE, spa, zb, hdr->b_crypt_hdr.b_ot,
1961             B_FALSE, bswap, hdr->b_crypt_hdr.b_salt, hdr->b_crypt_hdr.b_iv,
1962             hdr->b_crypt_hdr.b_mac, HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr->b_l1hdr.b_pabd,
1963             hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, &no_crypt);
1964         if (ret != 0)
1965                 goto error;
1966
1967         if (no_crypt) {
1968                 abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd,
1969                     HDR_GET_PSIZE(hdr));
1970         }
1971
1972         /*
1973          * If this header has disabled arc compression but the b_pabd is
1974          * compressed after decrypting it, we need to decompress the newly
1975          * decrypted data.
1976          */
1977         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
1978             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
1979                 /*
1980                  * We want to make sure that we are correctly honoring the
1981                  * zfs_abd_scatter_enabled setting, so we allocate an abd here
1982                  * and then loan a buffer from it, rather than allocating a
1983                  * linear buffer and wrapping it in an abd later.
1984                  */
1985                 cabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr);
1986                 tmp = abd_borrow_buf(cabd, arc_hdr_size(hdr));
1987
1988                 ret = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
1989                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, tmp, HDR_GET_PSIZE(hdr),
1990                     HDR_GET_LSIZE(hdr));
1991                 if (ret != 0) {
1992                         abd_return_buf(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
1993                         goto error;
1994                 }
1995
1996                 abd_return_buf_copy(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
1997                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
1998                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
1999                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = cabd;
2000         }
2001
2002         return (0);
2003
2004 error:
2005         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
2006         if (cabd != NULL)
2007                 arc_free_data_buf(hdr, cabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
2008
2009         return (ret);
2010 }
2011
2012 /*
2013  * This function is called during arc_buf_fill() to prepare the header's
2014  * abd plaintext pointer for use. This involves authenticated protected
2015  * data and decrypting encrypted data into the plaintext abd.
2016  */
2017 static int
2018 arc_fill_hdr_crypt(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock, spa_t *spa,
2019     const zbookmark_phys_t *zb, boolean_t noauth)
2020 {
2021         int ret;
2022
2023         ASSERT(HDR_PROTECTED(hdr));
2024
2025         if (hash_lock != NULL)
2026                 mutex_enter(hash_lock);
2027
2028         if (HDR_NOAUTH(hdr) && !noauth) {
2029                 /*
2030                  * The caller requested authenticated data but our data has
2031                  * not been authenticated yet. Verify the MAC now if we can.
2032                  */
2033                 ret = arc_hdr_authenticate(hdr, spa, zb->zb_objset);
2034                 if (ret != 0)
2035                         goto error;
2036         } else if (HDR_HAS_RABD(hdr) && hdr->b_l1hdr.b_pabd == NULL) {
2037                 /*
2038                  * If we only have the encrypted version of the data, but the
2039                  * unencrypted version was requested we take this opportunity
2040                  * to store the decrypted version in the header for future use.
2041                  */
2042                 ret = arc_hdr_decrypt(hdr, spa, zb);
2043                 if (ret != 0)
2044                         goto error;
2045         }
2046
2047         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
2048
2049         if (hash_lock != NULL)
2050                 mutex_exit(hash_lock);
2051
2052         return (0);
2053
2054 error:
2055         if (hash_lock != NULL)
2056                 mutex_exit(hash_lock);
2057
2058         return (ret);
2059 }
2060
2061 /*
2062  * This function is used by the dbuf code to decrypt bonus buffers in place.
2063  * The dbuf code itself doesn't have any locking for decrypting a shared dnode
2064  * block, so we use the hash lock here to protect against concurrent calls to
2065  * arc_buf_fill().
2066  */
2067 static void
2068 arc_buf_untransform_in_place(arc_buf_t *buf, kmutex_t *hash_lock)
2069 {
2070         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2071
2072         ASSERT(HDR_ENCRYPTED(hdr));
2073         ASSERT3U(hdr->b_crypt_hdr.b_ot, ==, DMU_OT_DNODE);
2074         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
2075         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
2076
2077         zio_crypt_copy_dnode_bonus(hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
2078             arc_buf_size(buf));
2079         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
2080         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2081         hdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt -= 1;
2082 }
2083
2084 /*
2085  * Given a buf that has a data buffer attached to it, this function will
2086  * efficiently fill the buf with data of the specified compression setting from
2087  * the hdr and update the hdr's b_freeze_cksum if necessary. If the buf and hdr
2088  * are already sharing a data buf, no copy is performed.
2089  *
2090  * If the buf is marked as compressed but uncompressed data was requested, this
2091  * will allocate a new data buffer for the buf, remove that flag, and fill the
2092  * buf with uncompressed data. You can't request a compressed buf on a hdr with
2093  * uncompressed data, and (since we haven't added support for it yet) if you
2094  * want compressed data your buf must already be marked as compressed and have
2095  * the correct-sized data buffer.
2096  */
2097 static int
2098 arc_buf_fill(arc_buf_t *buf, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb,
2099     arc_fill_flags_t flags)
2100 {
2101         int error = 0;
2102         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
2103         boolean_t hdr_compressed =
2104             (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
2105         boolean_t compressed = (flags & ARC_FILL_COMPRESSED) != 0;
2106         boolean_t encrypted = (flags & ARC_FILL_ENCRYPTED) != 0;
2107         dmu_object_byteswap_t bswap = hdr->b_l1hdr.b_byteswap;
2108         kmutex_t *hash_lock = (flags & ARC_FILL_LOCKED) ? NULL : HDR_LOCK(hdr);
2109
2110         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
2111         IMPLY(compressed, hdr_compressed || ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
2112         IMPLY(compressed, ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2113         IMPLY(encrypted, HDR_ENCRYPTED(hdr));
2114         IMPLY(encrypted, ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
2115         IMPLY(encrypted, ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2116         IMPLY(encrypted, !ARC_BUF_SHARED(buf));
2117
2118         /*
2119          * If the caller wanted encrypted data we just need to copy it from
2120          * b_rabd and potentially byteswap it. We won't be able to do any
2121          * further transforms on it.
2122          */
2123         if (encrypted) {
2124                 ASSERT(HDR_HAS_RABD(hdr));
2125                 abd_copy_to_buf(buf->b_data, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd,
2126                     HDR_GET_PSIZE(hdr));
2127                 goto byteswap;
2128         }
2129
2130         /*
2131          * Adjust encrypted and authenticated headers to accomodate
2132          * the request if needed. Dnode blocks (ARC_FILL_IN_PLACE) are
2133          * allowed to fail decryption due to keys not being loaded
2134          * without being marked as an IO error.
2135          */
2136         if (HDR_PROTECTED(hdr)) {
2137                 error = arc_fill_hdr_crypt(hdr, hash_lock, spa,
2138                     zb, !!(flags & ARC_FILL_NOAUTH));
2139                 if (error == EACCES && (flags & ARC_FILL_IN_PLACE) != 0) {
2140                         return (error);
2141                 } else if (error != 0) {
2142                         if (hash_lock != NULL)
2143                                 mutex_enter(hash_lock);
2144                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
2145                         if (hash_lock != NULL)
2146                                 mutex_exit(hash_lock);
2147                         return (error);
2148                 }
2149         }
2150
2151         /*
2152          * There is a special case here for dnode blocks which are
2153          * decrypting their bonus buffers. These blocks may request to
2154          * be decrypted in-place. This is necessary because there may
2155          * be many dnodes pointing into this buffer and there is
2156          * currently no method to synchronize replacing the backing
2157          * b_data buffer and updating all of the pointers. Here we use
2158          * the hash lock to ensure there are no races. If the need
2159          * arises for other types to be decrypted in-place, they must
2160          * add handling here as well.
2161          */
2162         if ((flags & ARC_FILL_IN_PLACE) != 0) {
2163                 ASSERT(!hdr_compressed);
2164                 ASSERT(!compressed);
2165                 ASSERT(!encrypted);
2166
2167                 if (HDR_ENCRYPTED(hdr) && ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
2168                         ASSERT3U(hdr->b_crypt_hdr.b_ot, ==, DMU_OT_DNODE);
2169
2170                         if (hash_lock != NULL)
2171                                 mutex_enter(hash_lock);
2172                         arc_buf_untransform_in_place(buf, hash_lock);
2173                         if (hash_lock != NULL)
2174                                 mutex_exit(hash_lock);
2175
2176                         /* Compute the hdr's checksum if necessary */
2177                         arc_cksum_compute(buf);
2178                 }
2179
2180                 return (0);
2181         }
2182
2183         if (hdr_compressed == compressed) {
2184                 if (!arc_buf_is_shared(buf)) {
2185                         abd_copy_to_buf(buf->b_data, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
2186                             arc_buf_size(buf));
2187                 }
2188         } else {
2189                 ASSERT(hdr_compressed);
2190                 ASSERT(!compressed);
2191                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, HDR_GET_PSIZE(hdr));
2192
2193                 /*
2194                  * If the buf is sharing its data with the hdr, unlink it and
2195                  * allocate a new data buffer for the buf.
2196                  */
2197                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
2198                         ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
2199
2200                         /* We need to give the buf it's own b_data */
2201                         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2202                         buf->b_data =
2203                             arc_get_data_buf(hdr, HDR_GET_LSIZE(hdr), buf);
2204                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2205
2206                         /* Previously overhead was 0; just add new overhead */
2207                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2208                 } else if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
2209                         /* We need to reallocate the buf's b_data */
2210                         arc_free_data_buf(hdr, buf->b_data, HDR_GET_PSIZE(hdr),
2211                             buf);
2212                         buf->b_data =
2213                             arc_get_data_buf(hdr, HDR_GET_LSIZE(hdr), buf);
2214
2215                         /* We increased the size of b_data; update overhead */
2216                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size,
2217                             HDR_GET_LSIZE(hdr) - HDR_GET_PSIZE(hdr));
2218                 }
2219
2220                 /*
2221                  * Regardless of the buf's previous compression settings, it
2222                  * should not be compressed at the end of this function.
2223                  */
2224                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2225
2226                 /*
2227                  * Try copying the data from another buf which already has a
2228                  * decompressed version. If that's not possible, it's time to
2229                  * bite the bullet and decompress the data from the hdr.
2230                  */
2231                 if (arc_buf_try_copy_decompressed_data(buf)) {
2232                         /* Skip byteswapping and checksumming (already done) */
2233                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, !=, NULL);
2234                         return (0);
2235                 } else {
2236                         error = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
2237                             hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
2238                             HDR_GET_PSIZE(hdr), HDR_GET_LSIZE(hdr));
2239
2240                         /*
2241                          * Absent hardware errors or software bugs, this should
2242                          * be impossible, but log it anyway so we can debug it.
2243                          */
2244                         if (error != 0) {
2245                                 zfs_dbgmsg(
2246                                     "hdr %p, compress %d, psize %d, lsize %d",
2247                                     hdr, arc_hdr_get_compress(hdr),
2248                                     HDR_GET_PSIZE(hdr), HDR_GET_LSIZE(hdr));
2249                                 if (hash_lock != NULL)
2250                                         mutex_enter(hash_lock);
2251                                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
2252                                 if (hash_lock != NULL)
2253                                         mutex_exit(hash_lock);
2254                                 return (SET_ERROR(EIO));
2255                         }
2256                 }
2257         }
2258
2259 byteswap:
2260         /* Byteswap the buf's data if necessary */
2261         if (bswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS) {
2262                 ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
2263                 ASSERT3U(bswap, <, DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
2264                 dmu_ot_byteswap[bswap].ob_func(buf->b_data, HDR_GET_LSIZE(hdr));
2265         }
2266
2267         /* Compute the hdr's checksum if necessary */
2268         arc_cksum_compute(buf);
2269
2270         return (0);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * If this function is being called to decrypt an encrypted buffer or verify an
2275  * authenticated one, the key must be loaded and a mapping must be made
2276  * available in the keystore via spa_keystore_create_mapping() or one of its
2277  * callers.
2278  */
2279 int
2280 arc_untransform(arc_buf_t *buf, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb,
2281     boolean_t in_place)
2282 {
2283         int ret;
2284         arc_fill_flags_t flags = 0;
2285
2286         if (in_place)
2287                 flags |= ARC_FILL_IN_PLACE;
2288
2289         ret = arc_buf_fill(buf, spa, zb, flags);
2290         if (ret == ECKSUM) {
2291                 /*
2292                  * Convert authentication and decryption errors to EIO
2293                  * (and generate an ereport) before leaving the ARC.
2294                  */
2295                 ret = SET_ERROR(EIO);
2296                 spa_log_error(spa, zb);
2297                 zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
2298                     spa, NULL, zb, NULL, 0, 0);
2299         }
2300
2301         return (ret);
2302 }
2303
2304 /*
2305  * Increment the amount of evictable space in the arc_state_t's refcount.
2306  * We account for the space used by the hdr and the arc buf individually
2307  * so that we can add and remove them from the refcount individually.
2308  */
2309 static void
2310 arc_evictable_space_increment(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_state_t *state)
2311 {
2312         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2313
2314         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2315
2316         if (GHOST_STATE(state)) {
2317                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
2318                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2319                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2320                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2321                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2322                     HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2323                 return;
2324         }
2325
2326         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
2327         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2328                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2329                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2330         }
2331         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2332                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2333                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2334         }
2335
2336         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2337             buf = buf->b_next) {
2338                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2339                         continue;
2340                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
2341                     arc_buf_size(buf), buf);
2342         }
2343 }
2344
2345 /*
2346  * Decrement the amount of evictable space in the arc_state_t's refcount.
2347  * We account for the space used by the hdr and the arc buf individually
2348  * so that we can add and remove them from the refcount individually.
2349  */
2350 static void
2351 arc_evictable_space_decrement(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_state_t *state)
2352 {
2353         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
2354
2355         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2356
2357         if (GHOST_STATE(state)) {
2358                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
2359                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2360                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2361                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2362                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2363                     HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2364                 return;
2365         }
2366
2367         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
2368         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2369                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2370                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2371         }
2372         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2373                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2374                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2375         }
2376
2377         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2378             buf = buf->b_next) {
2379                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2380                         continue;
2381                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
2382                     arc_buf_size(buf), buf);
2383         }
2384 }
2385
2386 /*
2387  * Add a reference to this hdr indicating that someone is actively
2388  * referencing that memory. When the refcount transitions from 0 to 1,
2389  * we remove it from the respective arc_state_t list to indicate that
2390  * it is not evictable.
2391  */
2392 static void
2393 add_reference(arc_buf_hdr_t *hdr, void *tag)
2394 {
2395         arc_state_t *state;
2396
2397         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2398         if (!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr))) {
2399                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
2400                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
2401                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2402         }
2403
2404         state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2405
2406         if ((zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag) == 1) &&
2407             (state != arc_anon)) {
2408                 /* We don't use the L2-only state list. */
2409                 if (state != arc_l2c_only) {
2410                         multilist_remove(state->arcs_list[arc_buf_type(hdr)],
2411                             hdr);
2412                         arc_evictable_space_decrement(hdr, state);
2413                 }
2414                 /* remove the prefetch flag if we get a reference */
2415                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
2416         }
2417 }
2418
2419 /*
2420  * Remove a reference from this hdr. When the reference transitions from
2421  * 1 to 0 and we're not anonymous, then we add this hdr to the arc_state_t's
2422  * list making it eligible for eviction.
2423  */
2424 static int
2425 remove_reference(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock, void *tag)
2426 {
2427         int cnt;
2428         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2429
2430         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2431         ASSERT(state == arc_anon || MUTEX_HELD(hash_lock));
2432         ASSERT(!GHOST_STATE(state));
2433
2434         /*
2435          * arc_l2c_only counts as a ghost state so we don't need to explicitly
2436          * check to prevent usage of the arc_l2c_only list.
2437          */
2438         if (((cnt = zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag)) == 0) &&
2439             (state != arc_anon)) {
2440                 multilist_insert(state->arcs_list[arc_buf_type(hdr)], hdr);
2441                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, >, 0);
2442                 arc_evictable_space_increment(hdr, state);
2443         }
2444         return (cnt);
2445 }
2446
2447 /*
2448  * Returns detailed information about a specific arc buffer.  When the
2449  * state_index argument is set the function will calculate the arc header
2450  * list position for its arc state.  Since this requires a linear traversal
2451  * callers are strongly encourage not to do this.  However, it can be helpful
2452  * for targeted analysis so the functionality is provided.
2453  */
2454 void
2455 arc_buf_info(arc_buf_t *ab, arc_buf_info_t *abi, int state_index)
2456 {
2457         arc_buf_hdr_t *hdr = ab->b_hdr;
2458         l1arc_buf_hdr_t *l1hdr = NULL;
2459         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = NULL;
2460         arc_state_t *state = NULL;
2461
2462         memset(abi, 0, sizeof (arc_buf_info_t));
2463
2464         if (hdr == NULL)
2465                 return;
2466
2467         abi->abi_flags = hdr->b_flags;
2468
2469         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2470                 l1hdr = &hdr->b_l1hdr;
2471                 state = l1hdr->b_state;
2472         }
2473         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
2474                 l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
2475
2476         if (l1hdr) {
2477                 abi->abi_bufcnt = l1hdr->b_bufcnt;
2478                 abi->abi_access = l1hdr->b_arc_access;
2479                 abi->abi_mru_hits = l1hdr->b_mru_hits;
2480                 abi->abi_mru_ghost_hits = l1hdr->b_mru_ghost_hits;
2481                 abi->abi_mfu_hits = l1hdr->b_mfu_hits;
2482                 abi->abi_mfu_ghost_hits = l1hdr->b_mfu_ghost_hits;
2483                 abi->abi_holds = zfs_refcount_count(&l1hdr->b_refcnt);
2484         }
2485
2486         if (l2hdr) {
2487                 abi->abi_l2arc_dattr = l2hdr->b_daddr;
2488                 abi->abi_l2arc_hits = l2hdr->b_hits;
2489         }
2490
2491         abi->abi_state_type = state ? state->arcs_state : ARC_STATE_ANON;
2492         abi->abi_state_contents = arc_buf_type(hdr);
2493         abi->abi_size = arc_hdr_size(hdr);
2494 }
2495
2496 /*
2497  * Move the supplied buffer to the indicated state. The hash lock
2498  * for the buffer must be held by the caller.
2499  */
2500 static void
2501 arc_change_state(arc_state_t *new_state, arc_buf_hdr_t *hdr,
2502     kmutex_t *hash_lock)
2503 {
2504         arc_state_t *old_state;
2505         int64_t refcnt;
2506         uint32_t bufcnt;
2507         boolean_t update_old, update_new;
2508         arc_buf_contents_t buftype = arc_buf_type(hdr);
2509
2510         /*
2511          * We almost always have an L1 hdr here, since we call arc_hdr_realloc()
2512          * in arc_read() when bringing a buffer out of the L2ARC.  However, the
2513          * L1 hdr doesn't always exist when we change state to arc_anon before
2514          * destroying a header, in which case reallocating to add the L1 hdr is
2515          * pointless.
2516          */
2517         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
2518                 old_state = hdr->b_l1hdr.b_state;
2519                 refcnt = zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
2520                 bufcnt = hdr->b_l1hdr.b_bufcnt;
2521                 update_old = (bufcnt > 0 || hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL ||
2522                     HDR_HAS_RABD(hdr));
2523         } else {
2524                 old_state = arc_l2c_only;
2525                 refcnt = 0;
2526                 bufcnt = 0;
2527                 update_old = B_FALSE;
2528         }
2529         update_new = update_old;
2530
2531         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
2532         ASSERT3P(new_state, !=, old_state);
2533         ASSERT(!GHOST_STATE(new_state) || bufcnt == 0);
2534         ASSERT(old_state != arc_anon || bufcnt <= 1);
2535
2536         /*
2537          * If this buffer is evictable, transfer it from the
2538          * old state list to the new state list.
2539          */
2540         if (refcnt == 0) {
2541                 if (old_state != arc_anon && old_state != arc_l2c_only) {
2542                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2543                         multilist_remove(old_state->arcs_list[buftype], hdr);
2544
2545                         if (GHOST_STATE(old_state)) {
2546                                 ASSERT0(bufcnt);
2547                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2548                                 update_old = B_TRUE;
2549                         }
2550                         arc_evictable_space_decrement(hdr, old_state);
2551                 }
2552                 if (new_state != arc_anon && new_state != arc_l2c_only) {
2553                         /*
2554                          * An L1 header always exists here, since if we're
2555                          * moving to some L1-cached state (i.e. not l2c_only or
2556                          * anonymous), we realloc the header to add an L1hdr
2557                          * beforehand.
2558                          */
2559                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2560                         multilist_insert(new_state->arcs_list[buftype], hdr);
2561
2562                         if (GHOST_STATE(new_state)) {
2563                                 ASSERT0(bufcnt);
2564                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
2565                                 update_new = B_TRUE;
2566                         }
2567                         arc_evictable_space_increment(hdr, new_state);
2568                 }
2569         }
2570
2571         ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
2572         if (new_state == arc_anon && HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
2573                 buf_hash_remove(hdr);
2574
2575         /* adjust state sizes (ignore arc_l2c_only) */
2576
2577         if (update_new && new_state != arc_l2c_only) {
2578                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2579                 if (GHOST_STATE(new_state)) {
2580                         ASSERT0(bufcnt);
2581
2582                         /*
2583                          * When moving a header to a ghost state, we first
2584                          * remove all arc buffers. Thus, we'll have a
2585                          * bufcnt of zero, and no arc buffer to use for
2586                          * the reference. As a result, we use the arc
2587                          * header pointer for the reference.
2588                          */
2589                         (void) zfs_refcount_add_many(&new_state->arcs_size,
2590                             HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2591                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2592                         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2593                 } else {
2594                         uint32_t buffers = 0;
2595
2596                         /*
2597                          * Each individual buffer holds a unique reference,
2598                          * thus we must remove each of these references one
2599                          * at a time.
2600                          */
2601                         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2602                             buf = buf->b_next) {
2603                                 ASSERT3U(bufcnt, !=, 0);
2604                                 buffers++;
2605
2606                                 /*
2607                                  * When the arc_buf_t is sharing the data
2608                                  * block with the hdr, the owner of the
2609                                  * reference belongs to the hdr. Only
2610                                  * add to the refcount if the arc_buf_t is
2611                                  * not shared.
2612                                  */
2613                                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2614                                         continue;
2615
2616                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2617                                     &new_state->arcs_size,
2618                                     arc_buf_size(buf), buf);
2619                         }
2620                         ASSERT3U(bufcnt, ==, buffers);
2621
2622                         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2623                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2624                                     &new_state->arcs_size,
2625                                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
2626                         }
2627
2628                         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2629                                 (void) zfs_refcount_add_many(
2630                                     &new_state->arcs_size,
2631                                     HDR_GET_PSIZE(hdr), hdr);
2632                         }
2633                 }
2634         }
2635
2636         if (update_old && old_state != arc_l2c_only) {
2637                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2638                 if (GHOST_STATE(old_state)) {
2639                         ASSERT0(bufcnt);
2640                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
2641                         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
2642
2643                         /*
2644                          * When moving a header off of a ghost state,
2645                          * the header will not contain any arc buffers.
2646                          * We use the arc header pointer for the reference
2647                          * which is exactly what we did when we put the
2648                          * header on the ghost state.
2649                          */
2650
2651                         (void) zfs_refcount_remove_many(&old_state->arcs_size,
2652                             HDR_GET_LSIZE(hdr), hdr);
2653                 } else {
2654                         uint32_t buffers = 0;
2655
2656                         /*
2657                          * Each individual buffer holds a unique reference,
2658                          * thus we must remove each of these references one
2659                          * at a time.
2660                          */
2661                         for (arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL;
2662                             buf = buf->b_next) {
2663                                 ASSERT3U(bufcnt, !=, 0);
2664                                 buffers++;
2665
2666                                 /*
2667                                  * When the arc_buf_t is sharing the data
2668                                  * block with the hdr, the owner of the
2669                                  * reference belongs to the hdr. Only
2670                                  * add to the refcount if the arc_buf_t is
2671                                  * not shared.
2672                                  */
2673                                 if (arc_buf_is_shared(buf))
2674                                         continue;
2675
2676                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2677                                     &old_state->arcs_size, arc_buf_size(buf),
2678                                     buf);
2679                         }
2680                         ASSERT3U(bufcnt, ==, buffers);
2681                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL ||
2682                             HDR_HAS_RABD(hdr));
2683
2684                         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
2685                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2686                                     &old_state->arcs_size, arc_hdr_size(hdr),
2687                                     hdr);
2688                         }
2689
2690                         if (HDR_HAS_RABD(hdr)) {
2691                                 (void) zfs_refcount_remove_many(
2692                                     &old_state->arcs_size, HDR_GET_PSIZE(hdr),
2693                                     hdr);
2694                         }
2695                 }
2696         }
2697
2698         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr))
2699                 hdr->b_l1hdr.b_state = new_state;
2700
2701         /*
2702          * L2 headers should never be on the L2 state list since they don't
2703          * have L1 headers allocated.
2704          */
2705         ASSERT(multilist_is_empty(arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]) &&
2706             multilist_is_empty(arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]));
2707 }
2708
2709 void
2710 arc_space_consume(uint64_t space, arc_space_type_t type)
2711 {
2712         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
2713
2714         switch (type) {
2715         default:
2716                 break;
2717         case ARC_SPACE_DATA:
2718                 aggsum_add(&astat_data_size, space);
2719                 break;
2720         case ARC_SPACE_META:
2721                 aggsum_add(&astat_metadata_size, space);
2722                 break;
2723         case ARC_SPACE_BONUS:
2724                 aggsum_add(&astat_bonus_size, space);
2725                 break;
2726         case ARC_SPACE_DNODE:
2727                 aggsum_add(&astat_dnode_size, space);
2728                 break;
2729         case ARC_SPACE_DBUF:
2730                 aggsum_add(&astat_dbuf_size, space);
2731                 break;
2732         case ARC_SPACE_HDRS:
2733                 aggsum_add(&astat_hdr_size, space);
2734                 break;
2735         case ARC_SPACE_L2HDRS:
2736                 aggsum_add(&astat_l2_hdr_size, space);
2737                 break;
2738         }
2739
2740         if (type != ARC_SPACE_DATA)
2741                 aggsum_add(&arc_meta_used, space);
2742
2743         aggsum_add(&arc_size, space);
2744 }
2745
2746 void
2747 arc_space_return(uint64_t space, arc_space_type_t type)
2748 {
2749         ASSERT(type >= 0 && type < ARC_SPACE_NUMTYPES);
2750
2751         switch (type) {
2752         default:
2753                 break;
2754         case ARC_SPACE_DATA:
2755                 aggsum_add(&astat_data_size, -space);
2756                 break;
2757         case ARC_SPACE_META:
2758                 aggsum_add(&astat_metadata_size, -space);
2759                 break;
2760         case ARC_SPACE_BONUS:
2761                 aggsum_add(&astat_bonus_size, -space);
2762                 break;
2763         case ARC_SPACE_DNODE:
2764                 aggsum_add(&astat_dnode_size, -space);
2765                 break;
2766         case ARC_SPACE_DBUF:
2767                 aggsum_add(&astat_dbuf_size, -space);
2768                 break;
2769         case ARC_SPACE_HDRS:
2770                 aggsum_add(&astat_hdr_size, -space);
2771                 break;
2772         case ARC_SPACE_L2HDRS:
2773                 aggsum_add(&astat_l2_hdr_size, -space);
2774                 break;
2775         }
2776
2777         if (type != ARC_SPACE_DATA) {
2778                 ASSERT(aggsum_compare(&arc_meta_used, space) >= 0);
2779                 /*
2780                  * We use the upper bound here rather than the precise value
2781                  * because the arc_meta_max value doesn't need to be
2782                  * precise. It's only consumed by humans via arcstats.
2783                  */
2784                 if (arc_meta_max < aggsum_upper_bound(&arc_meta_used))
2785                         arc_meta_max = aggsum_upper_bound(&arc_meta_used);
2786                 aggsum_add(&arc_meta_used, -space);
2787         }
2788
2789         ASSERT(aggsum_compare(&arc_size, space) >= 0);
2790         aggsum_add(&arc_size, -space);
2791 }
2792
2793 /*
2794  * Given a hdr and a buf, returns whether that buf can share its b_data buffer
2795  * with the hdr's b_pabd.
2796  */
2797 static boolean_t
2798 arc_can_share(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
2799 {
2800         /*
2801          * The criteria for sharing a hdr's data are:
2802          * 1. the buffer is not encrypted
2803          * 2. the hdr's compression matches the buf's compression
2804          * 3. the hdr doesn't need to be byteswapped
2805          * 4. the hdr isn't already being shared
2806          * 5. the buf is either compressed or it is the last buf in the hdr list
2807          *
2808          * Criterion #5 maintains the invariant that shared uncompressed
2809          * bufs must be the final buf in the hdr's b_buf list. Reading this, you
2810          * might ask, "if a compressed buf is allocated first, won't that be the
2811          * last thing in the list?", but in that case it's impossible to create
2812          * a shared uncompressed buf anyway (because the hdr must be compressed
2813          * to have the compressed buf). You might also think that #3 is
2814          * sufficient to make this guarantee, however it's possible
2815          * (specifically in the rare L2ARC write race mentioned in
2816          * arc_buf_alloc_impl()) there will be an existing uncompressed buf that
2817          * is sharable, but wasn't at the time of its allocation. Rather than
2818          * allow a new shared uncompressed buf to be created and then shuffle
2819          * the list around to make it the last element, this simply disallows
2820          * sharing if the new buf isn't the first to be added.
2821          */
2822         ASSERT3P(buf->b_hdr, ==, hdr);
2823         boolean_t hdr_compressed =
2824             arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF;
2825         boolean_t buf_compressed = ARC_BUF_COMPRESSED(buf) != 0;
2826         return (!ARC_BUF_ENCRYPTED(buf) &&
2827             buf_compressed == hdr_compressed &&
2828             hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS &&
2829             !HDR_SHARED_DATA(hdr) &&
2830             (ARC_BUF_LAST(buf) || ARC_BUF_COMPRESSED(buf)));
2831 }
2832
2833 /*
2834  * Allocate a buf for this hdr. If you care about the data that's in the hdr,
2835  * or if you want a compressed buffer, pass those flags in. Returns 0 if the
2836  * copy was made successfully, or an error code otherwise.
2837  */
2838 static int
2839 arc_buf_alloc_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, spa_t *spa, const zbookmark_phys_t *zb,
2840     void *tag, boolean_t encrypted, boolean_t compressed, boolean_t noauth,
2841     boolean_t fill, arc_buf_t **ret)
2842 {
2843         arc_buf_t *buf;
2844         arc_fill_flags_t flags = ARC_FILL_LOCKED;
2845
2846         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
2847         ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), >, 0);
2848         VERIFY(hdr->b_type == ARC_BUFC_DATA ||
2849             hdr->b_type == ARC_BUFC_METADATA);
2850         ASSERT3P(ret, !=, NULL);
2851         ASSERT3P(*ret, ==, NULL);
2852         IMPLY(encrypted, compressed);
2853
2854         hdr->b_l1hdr.b_mru_hits = 0;
2855         hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = 0;
2856         hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = 0;
2857         hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = 0;
2858         hdr->b_l1hdr.b_l2_hits = 0;
2859
2860         buf = *ret = kmem_cache_alloc(buf_cache, KM_PUSHPAGE);
2861         buf->b_hdr = hdr;
2862         buf->b_data = NULL;
2863         buf->b_next = hdr->b_l1hdr.b_buf;
2864         buf->b_flags = 0;
2865
2866         add_reference(hdr, tag);
2867
2868         /*
2869          * We're about to change the hdr's b_flags. We must either
2870          * hold the hash_lock or be undiscoverable.
2871          */
2872         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
2873
2874         /*
2875          * Only honor requests for compressed bufs if the hdr is actually
2876          * compressed. This must be overriden if the buffer is encrypted since
2877          * encrypted buffers cannot be decompressed.
2878          */
2879         if (encrypted) {
2880                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2881                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
2882                 flags |= ARC_FILL_COMPRESSED | ARC_FILL_ENCRYPTED;
2883         } else if (compressed &&
2884             arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
2885                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
2886                 flags |= ARC_FILL_COMPRESSED;
2887         }
2888
2889         if (noauth) {
2890                 ASSERT0(encrypted);
2891                 flags |= ARC_FILL_NOAUTH;
2892         }
2893
2894         /*
2895          * If the hdr's data can be shared then we share the data buffer and
2896          * set the appropriate bit in the hdr's b_flags to indicate the hdr is
2897          * allocate a new buffer to store the buf's data.
2898          *
2899          * There are two additional restrictions here because we're sharing
2900          * hdr -> buf instead of the usual buf -> hdr. First, the hdr can't be
2901          * actively involved in an L2ARC write, because if this buf is used by
2902          * an arc_write() then the hdr's data buffer will be released when the
2903          * write completes, even though the L2ARC write might still be using it.
2904          * Second, the hdr's ABD must be linear so that the buf's user doesn't
2905          * need to be ABD-aware.
2906          */
2907         boolean_t can_share = arc_can_share(hdr, buf) && !HDR_L2_WRITING(hdr) &&
2908             hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL && abd_is_linear(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
2909
2910         /* Set up b_data and sharing */
2911         if (can_share) {
2912                 buf->b_data = abd_to_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
2913                 buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_SHARED;
2914                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
2915         } else {
2916                 buf->b_data =
2917                     arc_get_data_buf(hdr, arc_buf_size(buf), buf);
2918                 ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, arc_buf_size(buf));
2919         }
2920         VERIFY3P(buf->b_data, !=, NULL);
2921
2922         hdr->b_l1hdr.b_buf = buf;
2923         hdr->b_l1hdr.b_bufcnt += 1;
2924         if (encrypted)
2925                 hdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt += 1;
2926
2927         /*
2928          * If the user wants the data from the hdr, we need to either copy or
2929          * decompress the data.
2930          */
2931         if (fill) {
2932                 ASSERT3P(zb, !=, NULL);
2933                 return (arc_buf_fill(buf, spa, zb, flags));
2934         }
2935
2936         return (0);
2937 }
2938
2939 static char *arc_onloan_tag = "onloan";
2940
2941 static inline void
2942 arc_loaned_bytes_update(int64_t delta)
2943 {
2944         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, delta);
2945
2946         /* assert that it did not wrap around */
2947         ASSERT3S(atomic_add_64_nv(&arc_loaned_bytes, 0), >=, 0);
2948 }
2949
2950 /*
2951  * Loan out an anonymous arc buffer. Loaned buffers are not counted as in
2952  * flight data by arc_tempreserve_space() until they are "returned". Loaned
2953  * buffers must be returned to the arc before they can be used by the DMU or
2954  * freed.
2955  */
2956 arc_buf_t *
2957 arc_loan_buf(spa_t *spa, boolean_t is_metadata, int size)
2958 {
2959         arc_buf_t *buf = arc_alloc_buf(spa, arc_onloan_tag,
2960             is_metadata ? ARC_BUFC_METADATA : ARC_BUFC_DATA, size);
2961
2962         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
2963
2964         return (buf);
2965 }
2966
2967 arc_buf_t *
2968 arc_loan_compressed_buf(spa_t *spa, uint64_t psize, uint64_t lsize,
2969     enum zio_compress compression_type)
2970 {
2971         arc_buf_t *buf = arc_alloc_compressed_buf(spa, arc_onloan_tag,
2972             psize, lsize, compression_type);
2973
2974         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
2975
2976         return (buf);
2977 }
2978
2979 arc_buf_t *
2980 arc_loan_raw_buf(spa_t *spa, uint64_t dsobj, boolean_t byteorder,
2981     const uint8_t *salt, const uint8_t *iv, const uint8_t *mac,
2982     dmu_object_type_t ot, uint64_t psize, uint64_t lsize,
2983     enum zio_compress compression_type)
2984 {
2985         arc_buf_t *buf = arc_alloc_raw_buf(spa, arc_onloan_tag, dsobj,
2986             byteorder, salt, iv, mac, ot, psize, lsize, compression_type);
2987
2988         atomic_add_64(&arc_loaned_bytes, psize);
2989         return (buf);
2990 }
2991
2992
2993 /*
2994  * Return a loaned arc buffer to the arc.
2995  */
2996 void
2997 arc_return_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
2998 {
2999         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3000
3001         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3002         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3003         (void) zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
3004         (void) zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, arc_onloan_tag);
3005
3006         arc_loaned_bytes_update(-arc_buf_size(buf));
3007 }
3008
3009 /* Detach an arc_buf from a dbuf (tag) */
3010 void
3011 arc_loan_inuse_buf(arc_buf_t *buf, void *tag)
3012 {
3013         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3014
3015         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3016         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3017         (void) zfs_refcount_add(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, arc_onloan_tag);
3018         (void) zfs_refcount_remove(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
3019
3020         arc_loaned_bytes_update(arc_buf_size(buf));
3021 }
3022
3023 static void
3024 l2arc_free_abd_on_write(abd_t *abd, size_t size, arc_buf_contents_t type)
3025 {
3026         l2arc_data_free_t *df = kmem_alloc(sizeof (*df), KM_SLEEP);
3027
3028         df->l2df_abd = abd;
3029         df->l2df_size = size;
3030         df->l2df_type = type;
3031         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
3032         list_insert_head(l2arc_free_on_write, df);
3033         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
3034 }
3035
3036 static void
3037 arc_hdr_free_on_write(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t free_rdata)
3038 {
3039         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3040         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
3041         uint64_t size = (free_rdata) ? HDR_GET_PSIZE(hdr) : arc_hdr_size(hdr);
3042
3043         /* protected by hash lock, if in the hash table */
3044         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
3045                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3046                 ASSERT(state != arc_anon && state != arc_l2c_only);
3047
3048                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
3049                     size, hdr);
3050         }
3051         (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size, size, hdr);
3052         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
3053                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_META);
3054         } else {
3055                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
3056                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
3057         }
3058
3059         if (free_rdata) {
3060                 l2arc_free_abd_on_write(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, size, type);
3061         } else {
3062                 l2arc_free_abd_on_write(hdr->b_l1hdr.b_pabd, size, type);
3063         }
3064 }
3065
3066 /*
3067  * Share the arc_buf_t's data with the hdr. Whenever we are sharing the
3068  * data buffer, we transfer the refcount ownership to the hdr and update
3069  * the appropriate kstats.
3070  */
3071 static void
3072 arc_share_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3073 {
3074         ASSERT(arc_can_share(hdr, buf));
3075         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3076         ASSERT(!ARC_BUF_ENCRYPTED(buf));
3077         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3078
3079         /*
3080          * Start sharing the data buffer. We transfer the
3081          * refcount ownership to the hdr since it always owns
3082          * the refcount whenever an arc_buf_t is shared.
3083          */
3084         zfs_refcount_transfer_ownership(&hdr->b_l1hdr.b_state->arcs_size,
3085             buf, hdr);
3086         hdr->b_l1hdr.b_pabd = abd_get_from_buf(buf->b_data, arc_buf_size(buf));
3087         abd_take_ownership_of_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
3088             HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
3089         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3090         buf->b_flags |= ARC_BUF_FLAG_SHARED;
3091
3092         /*
3093          * Since we've transferred ownership to the hdr we need
3094          * to increment its compressed and uncompressed kstats and
3095          * decrement the overhead size.
3096          */
3097         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, arc_hdr_size(hdr));
3098         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3099         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, -arc_buf_size(buf));
3100 }
3101
3102 static void
3103 arc_unshare_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3104 {
3105         ASSERT(arc_buf_is_shared(buf));
3106         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3107         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3108
3109         /*
3110          * We are no longer sharing this buffer so we need
3111          * to transfer its ownership to the rightful owner.
3112          */
3113         zfs_refcount_transfer_ownership(&hdr->b_l1hdr.b_state->arcs_size,
3114             hdr, buf);
3115         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3116         abd_release_ownership_of_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
3117         abd_put(hdr->b_l1hdr.b_pabd);
3118         hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
3119         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_SHARED;
3120
3121         /*
3122          * Since the buffer is no longer shared between
3123          * the arc buf and the hdr, count it as overhead.
3124          */
3125         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, -arc_hdr_size(hdr));
3126         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3127         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, arc_buf_size(buf));
3128 }
3129
3130 /*
3131  * Remove an arc_buf_t from the hdr's buf list and return the last
3132  * arc_buf_t on the list. If no buffers remain on the list then return
3133  * NULL.
3134  */
3135 static arc_buf_t *
3136 arc_buf_remove(arc_buf_hdr_t *hdr, arc_buf_t *buf)
3137 {
3138         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3139         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3140
3141         arc_buf_t **bufp = &hdr->b_l1hdr.b_buf;
3142         arc_buf_t *lastbuf = NULL;
3143
3144         /*
3145          * Remove the buf from the hdr list and locate the last
3146          * remaining buffer on the list.
3147          */
3148         while (*bufp != NULL) {
3149                 if (*bufp == buf)
3150                         *bufp = buf->b_next;
3151
3152                 /*
3153                  * If we've removed a buffer in the middle of
3154                  * the list then update the lastbuf and update
3155                  * bufp.
3156                  */
3157                 if (*bufp != NULL) {
3158                         lastbuf = *bufp;
3159                         bufp = &(*bufp)->b_next;
3160                 }
3161         }
3162         buf->b_next = NULL;
3163         ASSERT3P(lastbuf, !=, buf);
3164         IMPLY(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0, lastbuf != NULL);
3165         IMPLY(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0, hdr->b_l1hdr.b_buf != NULL);
3166         IMPLY(lastbuf != NULL, ARC_BUF_LAST(lastbuf));
3167
3168         return (lastbuf);
3169 }
3170
3171 /*
3172  * Free up buf->b_data and pull the arc_buf_t off of the the arc_buf_hdr_t's
3173  * list and free it.
3174  */
3175 static void
3176 arc_buf_destroy_impl(arc_buf_t *buf)
3177 {
3178         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3179
3180         /*
3181          * Free up the data associated with the buf but only if we're not
3182          * sharing this with the hdr. If we are sharing it with the hdr, the
3183          * hdr is responsible for doing the free.
3184          */
3185         if (buf->b_data != NULL) {
3186                 /*
3187                  * We're about to change the hdr's b_flags. We must either
3188                  * hold the hash_lock or be undiscoverable.
3189                  */
3190                 ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)) || HDR_EMPTY(hdr));
3191
3192                 arc_cksum_verify(buf);
3193                 arc_buf_unwatch(buf);
3194
3195                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
3196                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_SHARED_DATA);
3197                 } else {
3198                         uint64_t size = arc_buf_size(buf);
3199                         arc_free_data_buf(hdr, buf->b_data, size, buf);
3200                         ARCSTAT_INCR(arcstat_overhead_size, -size);
3201                 }
3202                 buf->b_data = NULL;
3203
3204                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
3205                 hdr->b_l1hdr.b_bufcnt -= 1;
3206
3207                 if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
3208                         hdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt -= 1;
3209
3210                         /*
3211                          * If we have no more encrypted buffers and we've
3212                          * already gotten a copy of the decrypted data we can
3213                          * free b_rabd to save some space.
3214                          */
3215                         if (hdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt == 0 &&
3216                             HDR_HAS_RABD(hdr) && hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL &&
3217                             !HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
3218                                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
3219                         }
3220                 }
3221         }
3222
3223         arc_buf_t *lastbuf = arc_buf_remove(hdr, buf);
3224
3225         if (ARC_BUF_SHARED(buf) && !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
3226                 /*
3227                  * If the current arc_buf_t is sharing its data buffer with the
3228                  * hdr, then reassign the hdr's b_pabd to share it with the new
3229                  * buffer at the end of the list. The shared buffer is always
3230                  * the last one on the hdr's buffer list.
3231                  *
3232                  * There is an equivalent case for compressed bufs, but since
3233                  * they aren't guaranteed to be the last buf in the list and
3234                  * that is an exceedingly rare case, we just allow that space be
3235                  * wasted temporarily. We must also be careful not to share
3236                  * encrypted buffers, since they cannot be shared.
3237                  */
3238                 if (lastbuf != NULL && !ARC_BUF_ENCRYPTED(lastbuf)) {
3239                         /* Only one buf can be shared at once */
3240                         VERIFY(!arc_buf_is_shared(lastbuf));
3241                         /* hdr is uncompressed so can't have compressed buf */
3242                         VERIFY(!ARC_BUF_COMPRESSED(lastbuf));
3243
3244                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3245                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3246
3247                         /*
3248                          * We must setup a new shared block between the
3249                          * last buffer and the hdr. The data would have
3250                          * been allocated by the arc buf so we need to transfer
3251                          * ownership to the hdr since it's now being shared.
3252                          */
3253                         arc_share_buf(hdr, lastbuf);
3254                 }
3255         } else if (HDR_SHARED_DATA(hdr)) {
3256                 /*
3257                  * Uncompressed shared buffers are always at the end
3258                  * of the list. Compressed buffers don't have the
3259                  * same requirements. This makes it hard to
3260                  * simply assert that the lastbuf is shared so
3261                  * we rely on the hdr's compression flags to determine
3262                  * if we have a compressed, shared buffer.
3263                  */
3264                 ASSERT3P(lastbuf, !=, NULL);
3265                 ASSERT(arc_buf_is_shared(lastbuf) ||
3266                     arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
3267         }
3268
3269         /*
3270          * Free the checksum if we're removing the last uncompressed buf from
3271          * this hdr.
3272          */
3273         if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr)) {
3274                 arc_cksum_free(hdr);
3275         }
3276
3277         /* clean up the buf */
3278         buf->b_hdr = NULL;
3279         kmem_cache_free(buf_cache, buf);
3280 }
3281
3282 static void
3283 arc_hdr_alloc_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t alloc_rdata)
3284 {
3285         uint64_t size;
3286
3287         ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), >, 0);
3288         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3289         ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr) || alloc_rdata);
3290         IMPLY(alloc_rdata, HDR_PROTECTED(hdr));
3291
3292         if (alloc_rdata) {
3293                 size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
3294                 ASSERT3P(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, ==, NULL);
3295                 hdr->b_crypt_hdr.b_rabd = arc_get_data_abd(hdr, size, hdr);
3296                 ASSERT3P(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, !=, NULL);
3297                 ARCSTAT_INCR(arcstat_raw_size, size);
3298         } else {
3299                 size = arc_hdr_size(hdr);
3300                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3301                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = arc_get_data_abd(hdr, size, hdr);
3302                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
3303         }
3304
3305         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, size);
3306         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3307 }
3308
3309 static void
3310 arc_hdr_free_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t free_rdata)
3311 {
3312         uint64_t size = (free_rdata) ? HDR_GET_PSIZE(hdr) : arc_hdr_size(hdr);
3313
3314         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3315         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL || HDR_HAS_RABD(hdr));
3316         IMPLY(free_rdata, HDR_HAS_RABD(hdr));
3317
3318         /*
3319          * If the hdr is currently being written to the l2arc then
3320          * we defer freeing the data by adding it to the l2arc_free_on_write
3321          * list. The l2arc will free the data once it's finished
3322          * writing it to the l2arc device.
3323          */
3324         if (HDR_L2_WRITING(hdr)) {
3325                 arc_hdr_free_on_write(hdr, free_rdata);
3326                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_free_on_write);
3327         } else if (free_rdata) {
3328                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, size, hdr);
3329         } else {
3330                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd, size, hdr);
3331         }
3332
3333         if (free_rdata) {
3334                 hdr->b_crypt_hdr.b_rabd = NULL;
3335                 ARCSTAT_INCR(arcstat_raw_size, -size);
3336         } else {
3337                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
3338         }
3339
3340         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd == NULL && !HDR_HAS_RABD(hdr))
3341                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
3342
3343         ARCSTAT_INCR(arcstat_compressed_size, -size);
3344         ARCSTAT_INCR(arcstat_uncompressed_size, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3345 }
3346
3347 static arc_buf_hdr_t *
3348 arc_hdr_alloc(uint64_t spa, int32_t psize, int32_t lsize,
3349     boolean_t protected, enum zio_compress compression_type,
3350     arc_buf_contents_t type, boolean_t alloc_rdata)
3351 {
3352         arc_buf_hdr_t *hdr;
3353
3354         VERIFY(type == ARC_BUFC_DATA || type == ARC_BUFC_METADATA);
3355         if (protected) {
3356                 hdr = kmem_cache_alloc(hdr_full_crypt_cache, KM_PUSHPAGE);
3357         } else {
3358                 hdr = kmem_cache_alloc(hdr_full_cache, KM_PUSHPAGE);
3359         }
3360
3361         ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
3362         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3363         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
3364         HDR_SET_LSIZE(hdr, lsize);
3365         hdr->b_spa = spa;
3366         hdr->b_type = type;
3367         hdr->b_flags = 0;
3368         arc_hdr_set_flags(hdr, arc_bufc_to_flags(type) | ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3369         arc_hdr_set_compress(hdr, compression_type);
3370         if (protected)
3371                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
3372
3373         hdr->b_l1hdr.b_state = arc_anon;
3374         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
3375         hdr->b_l1hdr.b_bufcnt = 0;
3376         hdr->b_l1hdr.b_buf = NULL;
3377
3378         /*
3379          * Allocate the hdr's buffer. This will contain either
3380          * the compressed or uncompressed data depending on the block
3381          * it references and compressed arc enablement.
3382          */
3383         arc_hdr_alloc_abd(hdr, alloc_rdata);
3384         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3385
3386         return (hdr);
3387 }
3388
3389 /*
3390  * Transition between the two allocation states for the arc_buf_hdr struct.
3391  * The arc_buf_hdr struct can be allocated with (hdr_full_cache) or without
3392  * (hdr_l2only_cache) the fields necessary for the L1 cache - the smaller
3393  * version is used when a cache buffer is only in the L2ARC in order to reduce
3394  * memory usage.
3395  */
3396 static arc_buf_hdr_t *
3397 arc_hdr_realloc(arc_buf_hdr_t *hdr, kmem_cache_t *old, kmem_cache_t *new)
3398 {
3399         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3400
3401         arc_buf_hdr_t *nhdr;
3402         l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
3403
3404         ASSERT((old == hdr_full_cache && new == hdr_l2only_cache) ||
3405             (old == hdr_l2only_cache && new == hdr_full_cache));
3406
3407         /*
3408          * if the caller wanted a new full header and the header is to be
3409          * encrypted we will actually allocate the header from the full crypt
3410          * cache instead. The same applies to freeing from the old cache.
3411          */
3412         if (HDR_PROTECTED(hdr) && new == hdr_full_cache)
3413                 new = hdr_full_crypt_cache;
3414         if (HDR_PROTECTED(hdr) && old == hdr_full_cache)
3415                 old = hdr_full_crypt_cache;
3416
3417         nhdr = kmem_cache_alloc(new, KM_PUSHPAGE);
3418
3419         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3420         buf_hash_remove(hdr);
3421
3422         bcopy(hdr, nhdr, HDR_L2ONLY_SIZE);
3423
3424         if (new == hdr_full_cache || new == hdr_full_crypt_cache) {
3425                 arc_hdr_set_flags(nhdr, ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3426                 /*
3427                  * arc_access and arc_change_state need to be aware that a
3428                  * header has just come out of L2ARC, so we set its state to
3429                  * l2c_only even though it's about to change.
3430                  */
3431                 nhdr->b_l1hdr.b_state = arc_l2c_only;
3432
3433                 /* Verify previous threads set to NULL before freeing */
3434                 ASSERT3P(nhdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3435                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3436         } else {
3437                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
3438                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
3439                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3440
3441                 /*
3442                  * If we've reached here, We must have been called from
3443                  * arc_evict_hdr(), as such we should have already been
3444                  * removed from any ghost list we were previously on
3445                  * (which protects us from racing with arc_evict_state),
3446                  * thus no locking is needed during this check.
3447                  */
3448                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3449
3450                 /*
3451                  * A buffer must not be moved into the arc_l2c_only
3452                  * state if it's not finished being written out to the
3453                  * l2arc device. Otherwise, the b_l1hdr.b_pabd field
3454                  * might try to be accessed, even though it was removed.
3455                  */
3456                 VERIFY(!HDR_L2_WRITING(hdr));
3457                 VERIFY3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
3458                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3459
3460                 arc_hdr_clear_flags(nhdr, ARC_FLAG_HAS_L1HDR);
3461         }
3462         /*
3463          * The header has been reallocated so we need to re-insert it into any
3464          * lists it was on.
3465          */
3466         (void) buf_hash_insert(nhdr, NULL);
3467
3468         ASSERT(list_link_active(&hdr->b_l2hdr.b_l2node));
3469
3470         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
3471
3472         /*
3473          * We must place the realloc'ed header back into the list at
3474          * the same spot. Otherwise, if it's placed earlier in the list,
3475          * l2arc_write_buffers() could find it during the function's
3476          * write phase, and try to write it out to the l2arc.
3477          */
3478         list_insert_after(&dev->l2ad_buflist, hdr, nhdr);
3479         list_remove(&dev->l2ad_buflist, hdr);
3480
3481         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
3482
3483         /*
3484          * Since we're using the pointer address as the tag when
3485          * incrementing and decrementing the l2ad_alloc refcount, we
3486          * must remove the old pointer (that we're about to destroy) and
3487          * add the new pointer to the refcount. Otherwise we'd remove
3488          * the wrong pointer address when calling arc_hdr_destroy() later.
3489          */
3490
3491         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc,
3492             arc_hdr_size(hdr), hdr);
3493         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc,
3494             arc_hdr_size(nhdr), nhdr);
3495
3496         buf_discard_identity(hdr);
3497         kmem_cache_free(old, hdr);
3498
3499         return (nhdr);
3500 }
3501
3502 /*
3503  * This function allows an L1 header to be reallocated as a crypt
3504  * header and vice versa. If we are going to a crypt header, the
3505  * new fields will be zeroed out.
3506  */
3507 static arc_buf_hdr_t *
3508 arc_hdr_realloc_crypt(arc_buf_hdr_t *hdr, boolean_t need_crypt)
3509 {
3510         arc_buf_hdr_t *nhdr;
3511         arc_buf_t *buf;
3512         kmem_cache_t *ncache, *ocache;
3513         unsigned nsize, osize;
3514
3515         /*
3516          * This function requires that hdr is in the arc_anon state.
3517          * Therefore it won't have any L2ARC data for us to worry
3518          * about copying.
3519          */
3520         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3521         ASSERT(!HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3522         ASSERT3U(!!HDR_PROTECTED(hdr), !=, need_crypt);
3523         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
3524         ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3525         ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_l2hdr.b_l2node));
3526         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
3527
3528         if (need_crypt) {
3529                 ncache = hdr_full_crypt_cache;
3530                 nsize = sizeof (hdr->b_crypt_hdr);
3531                 ocache = hdr_full_cache;
3532                 osize = HDR_FULL_SIZE;
3533         } else {
3534                 ncache = hdr_full_cache;
3535                 nsize = HDR_FULL_SIZE;
3536                 ocache = hdr_full_crypt_cache;
3537                 osize = sizeof (hdr->b_crypt_hdr);
3538         }
3539
3540         nhdr = kmem_cache_alloc(ncache, KM_PUSHPAGE);
3541
3542         /*
3543          * Copy all members that aren't locks or condvars to the new header.
3544          * No lists are pointing to us (as we asserted above), so we don't
3545          * need to worry about the list nodes.
3546          */
3547         nhdr->b_dva = hdr->b_dva;
3548         nhdr->b_birth = hdr->b_birth;
3549         nhdr->b_type = hdr->b_type;
3550         nhdr->b_flags = hdr->b_flags;
3551         nhdr->b_psize = hdr->b_psize;
3552         nhdr->b_lsize = hdr->b_lsize;
3553         nhdr->b_spa = hdr->b_spa;
3554         nhdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum;
3555         nhdr->b_l1hdr.b_bufcnt = hdr->b_l1hdr.b_bufcnt;
3556         nhdr->b_l1hdr.b_byteswap = hdr->b_l1hdr.b_byteswap;
3557         nhdr->b_l1hdr.b_state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3558         nhdr->b_l1hdr.b_arc_access = hdr->b_l1hdr.b_arc_access;
3559         nhdr->b_l1hdr.b_mru_hits = hdr->b_l1hdr.b_mru_hits;
3560         nhdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits;
3561         nhdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits;
3562         nhdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits;
3563         nhdr->b_l1hdr.b_l2_hits = hdr->b_l1hdr.b_l2_hits;
3564         nhdr->b_l1hdr.b_acb = hdr->b_l1hdr.b_acb;
3565         nhdr->b_l1hdr.b_pabd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
3566
3567         /*
3568          * This zfs_refcount_add() exists only to ensure that the individual
3569          * arc buffers always point to a header that is referenced, avoiding
3570          * a small race condition that could trigger ASSERTs.
3571          */
3572         (void) zfs_refcount_add(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt, FTAG);
3573         nhdr->b_l1hdr.b_buf = hdr->b_l1hdr.b_buf;
3574         for (buf = nhdr->b_l1hdr.b_buf; buf != NULL; buf = buf->b_next) {
3575                 mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
3576                 buf->b_hdr = nhdr;
3577                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3578         }
3579
3580         zfs_refcount_transfer(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt, &hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
3581         (void) zfs_refcount_remove(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt, FTAG);
3582         ASSERT0(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3583
3584         if (need_crypt) {
3585                 arc_hdr_set_flags(nhdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
3586         } else {
3587                 arc_hdr_clear_flags(nhdr, ARC_FLAG_PROTECTED);
3588         }
3589
3590         /* unset all members of the original hdr */
3591         bzero(&hdr->b_dva, sizeof (dva_t));
3592         hdr->b_birth = 0;
3593         hdr->b_type = ARC_BUFC_INVALID;
3594         hdr->b_flags = 0;
3595         hdr->b_psize = 0;
3596         hdr->b_lsize = 0;
3597         hdr->b_spa = 0;
3598         hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum = NULL;
3599         hdr->b_l1hdr.b_buf = NULL;
3600         hdr->b_l1hdr.b_bufcnt = 0;
3601         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = 0;
3602         hdr->b_l1hdr.b_state = NULL;
3603         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
3604         hdr->b_l1hdr.b_mru_hits = 0;
3605         hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = 0;
3606         hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = 0;
3607         hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = 0;
3608         hdr->b_l1hdr.b_l2_hits = 0;
3609         hdr->b_l1hdr.b_acb = NULL;
3610         hdr->b_l1hdr.b_pabd = NULL;
3611
3612         if (ocache == hdr_full_crypt_cache) {
3613                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3614                 hdr->b_crypt_hdr.b_ot = DMU_OT_NONE;
3615                 hdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt = 0;
3616                 hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = 0;
3617                 bzero(hdr->b_crypt_hdr.b_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
3618                 bzero(hdr->b_crypt_hdr.b_iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
3619                 bzero(hdr->b_crypt_hdr.b_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
3620         }
3621
3622         buf_discard_identity(hdr);
3623         kmem_cache_free(ocache, hdr);
3624
3625         return (nhdr);
3626 }
3627
3628 /*
3629  * This function is used by the send / receive code to convert a newly
3630  * allocated arc_buf_t to one that is suitable for a raw encrypted write. It
3631  * is also used to allow the root objset block to be uupdated without altering
3632  * its embedded MACs. Both block types will always be uncompressed so we do not
3633  * have to worry about compression type or psize.
3634  */
3635 void
3636 arc_convert_to_raw(arc_buf_t *buf, uint64_t dsobj, boolean_t byteorder,
3637     dmu_object_type_t ot, const uint8_t *salt, const uint8_t *iv,
3638     const uint8_t *mac)
3639 {
3640         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3641
3642         ASSERT(ot == DMU_OT_DNODE || ot == DMU_OT_OBJSET);
3643         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3644         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
3645
3646         buf->b_flags |= (ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED | ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED);
3647         if (!HDR_PROTECTED(hdr))
3648                 hdr = arc_hdr_realloc_crypt(hdr, B_TRUE);
3649         hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = dsobj;
3650         hdr->b_crypt_hdr.b_ot = ot;
3651         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = (byteorder == ZFS_HOST_BYTEORDER) ?
3652             DMU_BSWAP_NUMFUNCS : DMU_OT_BYTESWAP(ot);
3653         if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr))
3654                 arc_cksum_free(hdr);
3655
3656         if (salt != NULL)
3657                 bcopy(salt, hdr->b_crypt_hdr.b_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
3658         if (iv != NULL)
3659                 bcopy(iv, hdr->b_crypt_hdr.b_iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
3660         if (mac != NULL)
3661                 bcopy(mac, hdr->b_crypt_hdr.b_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
3662 }
3663
3664 /*
3665  * Allocate a new arc_buf_hdr_t and arc_buf_t and return the buf to the caller.
3666  * The buf is returned thawed since we expect the consumer to modify it.
3667  */
3668 arc_buf_t *
3669 arc_alloc_buf(spa_t *spa, void *tag, arc_buf_contents_t type, int32_t size)
3670 {
3671         arc_buf_hdr_t *hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), size, size,
3672             B_FALSE, ZIO_COMPRESS_OFF, type, B_FALSE);
3673         ASSERT(!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3674
3675         arc_buf_t *buf = NULL;
3676         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, NULL, tag, B_FALSE, B_FALSE,
3677             B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3678         arc_buf_thaw(buf);
3679
3680         return (buf);
3681 }
3682
3683 /*
3684  * Allocate a compressed buf in the same manner as arc_alloc_buf. Don't use this
3685  * for bufs containing metadata.
3686  */
3687 arc_buf_t *
3688 arc_alloc_compressed_buf(spa_t *spa, void *tag, uint64_t psize, uint64_t lsize,
3689     enum zio_compress compression_type)
3690 {
3691         ASSERT3U(lsize, >, 0);
3692         ASSERT3U(lsize, >=, psize);
3693         ASSERT3U(compression_type, >, ZIO_COMPRESS_OFF);
3694         ASSERT3U(compression_type, <, ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS);
3695
3696         arc_buf_hdr_t *hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize,
3697             B_FALSE, compression_type, ARC_BUFC_DATA, B_FALSE);
3698         ASSERT(!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3699
3700         arc_buf_t *buf = NULL;
3701         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, NULL, tag, B_FALSE,
3702             B_TRUE, B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3703         arc_buf_thaw(buf);
3704         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3705
3706         if (!arc_buf_is_shared(buf)) {
3707                 /*
3708                  * To ensure that the hdr has the correct data in it if we call
3709                  * arc_untransform() on this buf before it's been written to
3710                  * disk, it's easiest if we just set up sharing between the
3711                  * buf and the hdr.
3712                  */
3713                 ASSERT(!abd_is_linear(hdr->b_l1hdr.b_pabd));
3714                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3715                 arc_share_buf(hdr, buf);
3716         }
3717
3718         return (buf);
3719 }
3720
3721 arc_buf_t *
3722 arc_alloc_raw_buf(spa_t *spa, void *tag, uint64_t dsobj, boolean_t byteorder,
3723     const uint8_t *salt, const uint8_t *iv, const uint8_t *mac,
3724     dmu_object_type_t ot, uint64_t psize, uint64_t lsize,
3725     enum zio_compress compression_type)
3726 {
3727         arc_buf_hdr_t *hdr;
3728         arc_buf_t *buf;
3729         arc_buf_contents_t type = DMU_OT_IS_METADATA(ot) ?
3730             ARC_BUFC_METADATA : ARC_BUFC_DATA;
3731
3732         ASSERT3U(lsize, >, 0);
3733         ASSERT3U(lsize, >=, psize);
3734         ASSERT3U(compression_type, >=, ZIO_COMPRESS_OFF);
3735         ASSERT3U(compression_type, <, ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS);
3736
3737         hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize, B_TRUE,
3738             compression_type, type, B_TRUE);
3739         ASSERT(!MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
3740
3741         hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = dsobj;
3742         hdr->b_crypt_hdr.b_ot = ot;
3743         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = (byteorder == ZFS_HOST_BYTEORDER) ?
3744             DMU_BSWAP_NUMFUNCS : DMU_OT_BYTESWAP(ot);
3745         bcopy(salt, hdr->b_crypt_hdr.b_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
3746         bcopy(iv, hdr->b_crypt_hdr.b_iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
3747         bcopy(mac, hdr->b_crypt_hdr.b_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
3748
3749         /*
3750          * This buffer will be considered encrypted even if the ot is not an
3751          * encrypted type. It will become authenticated instead in
3752          * arc_write_ready().
3753          */
3754         buf = NULL;
3755         VERIFY0(arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, NULL, tag, B_TRUE, B_TRUE,
3756             B_FALSE, B_FALSE, &buf));
3757         arc_buf_thaw(buf);
3758         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
3759
3760         return (buf);
3761 }
3762
3763 static void
3764 arc_hdr_l2hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
3765 {
3766         l2arc_buf_hdr_t *l2hdr = &hdr->b_l2hdr;
3767         l2arc_dev_t *dev = l2hdr->b_dev;
3768         uint64_t psize = arc_hdr_size(hdr);
3769
3770         ASSERT(MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx));
3771         ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
3772
3773         list_remove(&dev->l2ad_buflist, hdr);
3774
3775         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, -psize);
3776         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
3777
3778         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -psize, 0, 0);
3779
3780         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc, psize, hdr);
3781         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
3782 }
3783
3784 static void
3785 arc_hdr_destroy(arc_buf_hdr_t *hdr)
3786 {
3787         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3788                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_buf == NULL ||
3789                     hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
3790                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3791                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
3792         }
3793         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3794         ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3795
3796         if (!HDR_EMPTY(hdr))
3797                 buf_discard_identity(hdr);
3798
3799         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3800                 l2arc_dev_t *dev = hdr->b_l2hdr.b_dev;
3801                 boolean_t buflist_held = MUTEX_HELD(&dev->l2ad_mtx);
3802
3803                 if (!buflist_held)
3804                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
3805
3806                 /*
3807                  * Even though we checked this conditional above, we
3808                  * need to check this again now that we have the
3809                  * l2ad_mtx. This is because we could be racing with
3810                  * another thread calling l2arc_evict() which might have
3811                  * destroyed this header's L2 portion as we were waiting
3812                  * to acquire the l2ad_mtx. If that happens, we don't
3813                  * want to re-destroy the header's L2 portion.
3814                  */
3815                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
3816                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
3817
3818                 if (!buflist_held)
3819                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
3820         }
3821
3822         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3823                 arc_cksum_free(hdr);
3824
3825                 while (hdr->b_l1hdr.b_buf != NULL)
3826                         arc_buf_destroy_impl(hdr->b_l1hdr.b_buf);
3827
3828                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
3829                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3830                 }
3831
3832                 if (HDR_HAS_RABD(hdr))
3833                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
3834         }
3835
3836         ASSERT3P(hdr->b_hash_next, ==, NULL);
3837         if (HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
3838                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
3839                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
3840
3841                 if (!HDR_PROTECTED(hdr)) {
3842                         kmem_cache_free(hdr_full_cache, hdr);
3843                 } else {
3844                         kmem_cache_free(hdr_full_crypt_cache, hdr);
3845                 }
3846         } else {
3847                 kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, hdr);
3848         }
3849 }
3850
3851 void
3852 arc_buf_destroy(arc_buf_t *buf, void* tag)
3853 {
3854         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
3855         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
3856
3857         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
3858                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, ==, 1);
3859                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3860                 VERIFY0(remove_reference(hdr, NULL, tag));
3861                 arc_hdr_destroy(hdr);
3862                 return;
3863         }
3864
3865         mutex_enter(hash_lock);
3866         ASSERT3P(hdr, ==, buf->b_hdr);
3867         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
3868         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
3869         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, !=, arc_anon);
3870         ASSERT3P(buf->b_data, !=, NULL);
3871
3872         (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
3873         arc_buf_destroy_impl(buf);
3874         mutex_exit(hash_lock);
3875 }
3876
3877 /*
3878  * Evict the arc_buf_hdr that is provided as a parameter. The resultant
3879  * state of the header is dependent on its state prior to entering this
3880  * function. The following transitions are possible:
3881  *
3882  *    - arc_mru -> arc_mru_ghost
3883  *    - arc_mfu -> arc_mfu_ghost
3884  *    - arc_mru_ghost -> arc_l2c_only
3885  *    - arc_mru_ghost -> deleted
3886  *    - arc_mfu_ghost -> arc_l2c_only
3887  *    - arc_mfu_ghost -> deleted
3888  */
3889 static int64_t
3890 arc_evict_hdr(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock)
3891 {
3892         arc_state_t *evicted_state, *state;
3893         int64_t bytes_evicted = 0;
3894         int min_lifetime = HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr) ?
3895             arc_min_prescient_prefetch_ms : arc_min_prefetch_ms;
3896
3897         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
3898         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
3899
3900         state = hdr->b_l1hdr.b_state;
3901         if (GHOST_STATE(state)) {
3902                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
3903                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
3904
3905                 /*
3906                  * l2arc_write_buffers() relies on a header's L1 portion
3907                  * (i.e. its b_pabd field) during it's write phase.
3908                  * Thus, we cannot push a header onto the arc_l2c_only
3909                  * state (removing its L1 piece) until the header is
3910                  * done being written to the l2arc.
3911                  */
3912                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) && HDR_L2_WRITING(hdr)) {
3913                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_l2_skip);
3914                         return (bytes_evicted);
3915                 }
3916
3917                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_deleted);
3918                 bytes_evicted += HDR_GET_LSIZE(hdr);
3919
3920                 DTRACE_PROBE1(arc__delete, arc_buf_hdr_t *, hdr);
3921
3922                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3923                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd == NULL);
3924                         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
3925                         /*
3926                          * This buffer is cached on the 2nd Level ARC;
3927                          * don't destroy the header.
3928                          */
3929                         arc_change_state(arc_l2c_only, hdr, hash_lock);
3930                         /*
3931                          * dropping from L1+L2 cached to L2-only,
3932                          * realloc to remove the L1 header.
3933                          */
3934                         hdr = arc_hdr_realloc(hdr, hdr_full_cache,
3935                             hdr_l2only_cache);
3936                 } else {
3937                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
3938                         arc_hdr_destroy(hdr);
3939                 }
3940                 return (bytes_evicted);
3941         }
3942
3943         ASSERT(state == arc_mru || state == arc_mfu);
3944         evicted_state = (state == arc_mru) ? arc_mru_ghost : arc_mfu_ghost;
3945
3946         /* prefetch buffers have a minimum lifespan */
3947         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) ||
3948             ((hdr->b_flags & (ARC_FLAG_PREFETCH | ARC_FLAG_INDIRECT)) &&
3949             ddi_get_lbolt() - hdr->b_l1hdr.b_arc_access <
3950             MSEC_TO_TICK(min_lifetime))) {
3951                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_skip);
3952                 return (bytes_evicted);
3953         }
3954
3955         ASSERT0(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
3956         while (hdr->b_l1hdr.b_buf) {
3957                 arc_buf_t *buf = hdr->b_l1hdr.b_buf;
3958                 if (!mutex_tryenter(&buf->b_evict_lock)) {
3959                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_mutex_miss);
3960                         break;
3961                 }
3962                 if (buf->b_data != NULL)
3963                         bytes_evicted += HDR_GET_LSIZE(hdr);
3964                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
3965                 arc_buf_destroy_impl(buf);
3966         }
3967
3968         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
3969                 ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_cached, HDR_GET_LSIZE(hdr));
3970         } else {
3971                 if (l2arc_write_eligible(hdr->b_spa, hdr)) {
3972                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_eligible,
3973                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3974                 } else {
3975                         ARCSTAT_INCR(arcstat_evict_l2_ineligible,
3976                             HDR_GET_LSIZE(hdr));
3977                 }
3978         }
3979
3980         if (hdr->b_l1hdr.b_bufcnt == 0) {
3981                 arc_cksum_free(hdr);
3982
3983                 bytes_evicted += arc_hdr_size(hdr);
3984
3985                 /*
3986                  * If this hdr is being evicted and has a compressed
3987                  * buffer then we discard it here before we change states.
3988                  * This ensures that the accounting is updated correctly
3989                  * in arc_free_data_impl().
3990                  */
3991                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL)
3992                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
3993
3994                 if (HDR_HAS_RABD(hdr))
3995                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
3996
3997                 arc_change_state(evicted_state, hdr, hash_lock);
3998                 ASSERT(HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
3999                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IN_HASH_TABLE);
4000                 DTRACE_PROBE1(arc__evict, arc_buf_hdr_t *, hdr);
4001         }
4002
4003         return (bytes_evicted);
4004 }
4005
4006 static uint64_t
4007 arc_evict_state_impl(multilist_t *ml, int idx, arc_buf_hdr_t *marker,
4008     uint64_t spa, int64_t bytes)
4009 {
4010         multilist_sublist_t *mls;
4011         uint64_t bytes_evicted = 0;
4012         arc_buf_hdr_t *hdr;
4013         kmutex_t *hash_lock;
4014         int evict_count = 0;
4015
4016         ASSERT3P(marker, !=, NULL);
4017         IMPLY(bytes < 0, bytes == ARC_EVICT_ALL);
4018
4019         mls = multilist_sublist_lock(ml, idx);
4020
4021         for (hdr = multilist_sublist_prev(mls, marker); hdr != NULL;
4022             hdr = multilist_sublist_prev(mls, marker)) {
4023                 if ((bytes != ARC_EVICT_ALL && bytes_evicted >= bytes) ||
4024                     (evict_count >= zfs_arc_evict_batch_limit))
4025                         break;
4026
4027                 /*
4028                  * To keep our iteration location, move the marker
4029                  * forward. Since we're not holding hdr's hash lock, we
4030                  * must be very careful and not remove 'hdr' from the
4031                  * sublist. Otherwise, other consumers might mistake the
4032                  * 'hdr' as not being on a sublist when they call the
4033                  * multilist_link_active() function (they all rely on
4034                  * the hash lock protecting concurrent insertions and
4035                  * removals). multilist_sublist_move_forward() was
4036                  * specifically implemented to ensure this is the case
4037                  * (only 'marker' will be removed and re-inserted).
4038                  */
4039                 multilist_sublist_move_forward(mls, marker);
4040
4041                 /*
4042                  * The only case where the b_spa field should ever be
4043                  * zero, is the marker headers inserted by
4044                  * arc_evict_state(). It's possible for multiple threads
4045                  * to be calling arc_evict_state() concurrently (e.g.
4046                  * dsl_pool_close() and zio_inject_fault()), so we must
4047                  * skip any markers we see from these other threads.
4048                  */
4049                 if (hdr->b_spa == 0)
4050                         continue;
4051
4052                 /* we're only interested in evicting buffers of a certain spa */
4053                 if (spa != 0 && hdr->b_spa != spa) {
4054                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_skip);
4055                         continue;
4056                 }
4057
4058                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
4059
4060                 /*
4061                  * We aren't calling this function from any code path
4062                  * that would already be holding a hash lock, so we're
4063                  * asserting on this assumption to be defensive in case
4064                  * this ever changes. Without this check, it would be
4065                  * possible to incorrectly increment arcstat_mutex_miss
4066                  * below (e.g. if the code changed such that we called
4067                  * this function with a hash lock held).
4068                  */
4069                 ASSERT(!MUTEX_HELD(hash_lock));
4070
4071                 if (mutex_tryenter(hash_lock)) {
4072                         uint64_t evicted = arc_evict_hdr(hdr, hash_lock);
4073                         mutex_exit(hash_lock);
4074
4075                         bytes_evicted += evicted;
4076
4077                         /*
4078                          * If evicted is zero, arc_evict_hdr() must have
4079                          * decided to skip this header, don't increment
4080                          * evict_count in this case.
4081                          */
4082                         if (evicted != 0)
4083                                 evict_count++;
4084
4085                         /*
4086                          * If arc_size isn't overflowing, signal any
4087                          * threads that might happen to be waiting.
4088                          *
4089                          * For each header evicted, we wake up a single
4090                          * thread. If we used cv_broadcast, we could
4091                          * wake up "too many" threads causing arc_size
4092                          * to significantly overflow arc_c; since
4093                          * arc_get_data_impl() doesn't check for overflow
4094                          * when it's woken up (it doesn't because it's
4095                          * possible for the ARC to be overflowing while
4096                          * full of un-evictable buffers, and the
4097                          * function should proceed in this case).
4098                          *
4099                          * If threads are left sleeping, due to not
4100                          * using cv_broadcast, they will be woken up
4101                          * just before arc_reclaim_thread() sleeps.
4102                          */
4103                         mutex_enter(&arc_reclaim_lock);
4104                         if (!arc_is_overflowing())
4105                                 cv_signal(&arc_reclaim_waiters_cv);
4106                         mutex_exit(&arc_reclaim_lock);
4107                 } else {
4108                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_mutex_miss);
4109                 }
4110         }
4111
4112         multilist_sublist_unlock(mls);
4113
4114         return (bytes_evicted);
4115 }
4116
4117 /*
4118  * Evict buffers from the given arc state, until we've removed the
4119  * specified number of bytes. Move the removed buffers to the
4120  * appropriate evict state.
4121  *
4122  * This function makes a "best effort". It skips over any buffers
4123  * it can't get a hash_lock on, and so, may not catch all candidates.
4124  * It may also return without evicting as much space as requested.
4125  *
4126  * If bytes is specified using the special value ARC_EVICT_ALL, this
4127  * will evict all available (i.e. unlocked and evictable) buffers from
4128  * the given arc state; which is used by arc_flush().
4129  */
4130 static uint64_t
4131 arc_evict_state(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes,
4132     arc_buf_contents_t type)
4133 {
4134         uint64_t total_evicted = 0;
4135         multilist_t *ml = state->arcs_list[type];
4136         int num_sublists;
4137         arc_buf_hdr_t **markers;
4138
4139         IMPLY(bytes < 0, bytes == ARC_EVICT_ALL);
4140
4141         num_sublists = multilist_get_num_sublists(ml);
4142
4143         /*
4144          * If we've tried to evict from each sublist, made some
4145          * progress, but still have not hit the target number of bytes
4146          * to evict, we want to keep trying. The markers allow us to
4147          * pick up where we left off for each individual sublist, rather
4148          * than starting from the tail each time.
4149          */
4150         markers = kmem_zalloc(sizeof (*markers) * num_sublists, KM_SLEEP);
4151         for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4152                 multilist_sublist_t *mls;
4153
4154                 markers[i] = kmem_cache_alloc(hdr_full_cache, KM_SLEEP);
4155
4156                 /*
4157                  * A b_spa of 0 is used to indicate that this header is
4158                  * a marker. This fact is used in arc_adjust_type() and
4159                  * arc_evict_state_impl().
4160                  */
4161                 markers[i]->b_spa = 0;
4162
4163                 mls = multilist_sublist_lock(ml, i);
4164                 multilist_sublist_insert_tail(mls, markers[i]);
4165                 multilist_sublist_unlock(mls);
4166         }
4167
4168         /*
4169          * While we haven't hit our target number of bytes to evict, or
4170          * we're evicting all available buffers.
4171          */
4172         while (total_evicted < bytes || bytes == ARC_EVICT_ALL) {
4173                 int sublist_idx = multilist_get_random_index(ml);
4174                 uint64_t scan_evicted = 0;
4175
4176                 /*
4177                  * Try to reduce pinned dnodes with a floor of arc_dnode_limit.
4178                  * Request that 10% of the LRUs be scanned by the superblock
4179                  * shrinker.
4180                  */
4181                 if (type == ARC_BUFC_DATA && aggsum_compare(&astat_dnode_size,
4182                     arc_dnode_limit) > 0) {
4183                         arc_prune_async((aggsum_upper_bound(&astat_dnode_size) -
4184                             arc_dnode_limit) / sizeof (dnode_t) /
4185                             zfs_arc_dnode_reduce_percent);
4186                 }
4187
4188                 /*
4189                  * Start eviction using a randomly selected sublist,
4190                  * this is to try and evenly balance eviction across all
4191                  * sublists. Always starting at the same sublist
4192                  * (e.g. index 0) would cause evictions to favor certain
4193                  * sublists over others.
4194                  */
4195                 for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4196                         uint64_t bytes_remaining;
4197                         uint64_t bytes_evicted;
4198
4199                         if (bytes == ARC_EVICT_ALL)
4200                                 bytes_remaining = ARC_EVICT_ALL;
4201                         else if (total_evicted < bytes)
4202                                 bytes_remaining = bytes - total_evicted;
4203                         else
4204                                 break;
4205
4206                         bytes_evicted = arc_evict_state_impl(ml, sublist_idx,
4207                             markers[sublist_idx], spa, bytes_remaining);
4208
4209                         scan_evicted += bytes_evicted;
4210                         total_evicted += bytes_evicted;
4211
4212                         /* we've reached the end, wrap to the beginning */
4213                         if (++sublist_idx >= num_sublists)
4214                                 sublist_idx = 0;
4215                 }
4216
4217                 /*
4218                  * If we didn't evict anything during this scan, we have
4219                  * no reason to believe we'll evict more during another
4220                  * scan, so break the loop.
4221                  */
4222                 if (scan_evicted == 0) {
4223                         /* This isn't possible, let's make that obvious */
4224                         ASSERT3S(bytes, !=, 0);
4225
4226                         /*
4227                          * When bytes is ARC_EVICT_ALL, the only way to
4228                          * break the loop is when scan_evicted is zero.
4229                          * In that case, we actually have evicted enough,
4230                          * so we don't want to increment the kstat.
4231                          */
4232                         if (bytes != ARC_EVICT_ALL) {
4233                                 ASSERT3S(total_evicted, <, bytes);
4234                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_evict_not_enough);
4235                         }
4236
4237                         break;
4238                 }
4239         }
4240
4241         for (int i = 0; i < num_sublists; i++) {
4242                 multilist_sublist_t *mls = multilist_sublist_lock(ml, i);
4243                 multilist_sublist_remove(mls, markers[i]);
4244                 multilist_sublist_unlock(mls);
4245
4246                 kmem_cache_free(hdr_full_cache, markers[i]);
4247         }
4248         kmem_free(markers, sizeof (*markers) * num_sublists);
4249
4250         return (total_evicted);
4251 }
4252
4253 /*
4254  * Flush all "evictable" data of the given type from the arc state
4255  * specified. This will not evict any "active" buffers (i.e. referenced).
4256  *
4257  * When 'retry' is set to B_FALSE, the function will make a single pass
4258  * over the state and evict any buffers that it can. Since it doesn't
4259  * continually retry the eviction, it might end up leaving some buffers
4260  * in the ARC due to lock misses.
4261  *
4262  * When 'retry' is set to B_TRUE, the function will continually retry the
4263  * eviction until *all* evictable buffers have been removed from the
4264  * state. As a result, if concurrent insertions into the state are
4265  * allowed (e.g. if the ARC isn't shutting down), this function might
4266  * wind up in an infinite loop, continually trying to evict buffers.
4267  */
4268 static uint64_t
4269 arc_flush_state(arc_state_t *state, uint64_t spa, arc_buf_contents_t type,
4270     boolean_t retry)
4271 {
4272         uint64_t evicted = 0;
4273
4274         while (zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]) != 0) {
4275                 evicted += arc_evict_state(state, spa, ARC_EVICT_ALL, type);
4276
4277                 if (!retry)
4278                         break;
4279         }
4280
4281         return (evicted);
4282 }
4283
4284 /*
4285  * Helper function for arc_prune_async() it is responsible for safely
4286  * handling the execution of a registered arc_prune_func_t.
4287  */
4288 static void
4289 arc_prune_task(void *ptr)
4290 {
4291         arc_prune_t *ap = (arc_prune_t *)ptr;
4292         arc_prune_func_t *func = ap->p_pfunc;
4293
4294         if (func != NULL)
4295                 func(ap->p_adjust, ap->p_private);
4296
4297         zfs_refcount_remove(&ap->p_refcnt, func);
4298 }
4299
4300 /*
4301  * Notify registered consumers they must drop holds on a portion of the ARC
4302  * buffered they reference.  This provides a mechanism to ensure the ARC can
4303  * honor the arc_meta_limit and reclaim otherwise pinned ARC buffers.  This
4304  * is analogous to dnlc_reduce_cache() but more generic.
4305  *
4306  * This operation is performed asynchronously so it may be safely called
4307  * in the context of the arc_reclaim_thread().  A reference is taken here
4308  * for each registered arc_prune_t and the arc_prune_task() is responsible
4309  * for releasing it once the registered arc_prune_func_t has completed.
4310  */
4311 static void
4312 arc_prune_async(int64_t adjust)
4313 {
4314         arc_prune_t *ap;
4315
4316         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
4317         for (ap = list_head(&arc_prune_list); ap != NULL;
4318             ap = list_next(&arc_prune_list, ap)) {
4319
4320                 if (zfs_refcount_count(&ap->p_refcnt) >= 2)
4321                         continue;
4322
4323                 zfs_refcount_add(&ap->p_refcnt, ap->p_pfunc);
4324                 ap->p_adjust = adjust;
4325                 if (taskq_dispatch(arc_prune_taskq, arc_prune_task,
4326                     ap, TQ_SLEEP) == TASKQID_INVALID) {
4327                         zfs_refcount_remove(&ap->p_refcnt, ap->p_pfunc);
4328                         continue;
4329                 }
4330                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_prune);
4331         }
4332         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
4333 }
4334
4335 /*
4336  * Evict the specified number of bytes from the state specified,
4337  * restricting eviction to the spa and type given. This function
4338  * prevents us from trying to evict more from a state's list than
4339  * is "evictable", and to skip evicting altogether when passed a
4340  * negative value for "bytes". In contrast, arc_evict_state() will
4341  * evict everything it can, when passed a negative value for "bytes".
4342  */
4343 static uint64_t
4344 arc_adjust_impl(arc_state_t *state, uint64_t spa, int64_t bytes,
4345     arc_buf_contents_t type)
4346 {
4347         int64_t delta;
4348
4349         if (bytes > 0 && zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]) > 0) {
4350                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[type]),
4351                     bytes);
4352                 return (arc_evict_state(state, spa, delta, type));
4353         }
4354
4355         return (0);
4356 }
4357
4358 /*
4359  * The goal of this function is to evict enough meta data buffers from the
4360  * ARC in order to enforce the arc_meta_limit.  Achieving this is slightly
4361  * more complicated than it appears because it is common for data buffers
4362  * to have holds on meta data buffers.  In addition, dnode meta data buffers
4363  * will be held by the dnodes in the block preventing them from being freed.
4364  * This means we can't simply traverse the ARC and expect to always find
4365  * enough unheld meta data buffer to release.
4366  *
4367  * Therefore, this function has been updated to make alternating passes
4368  * over the ARC releasing data buffers and then newly unheld meta data
4369  * buffers.  This ensures forward progress is maintained and meta_used
4370  * will decrease.  Normally this is sufficient, but if required the ARC
4371  * will call the registered prune callbacks causing dentry and inodes to
4372  * be dropped from the VFS cache.  This will make dnode meta data buffers
4373  * available for reclaim.
4374  */
4375 static uint64_t
4376 arc_adjust_meta_balanced(uint64_t meta_used)
4377 {
4378         int64_t delta, prune = 0, adjustmnt;
4379         uint64_t total_evicted = 0;
4380         arc_buf_contents_t type = ARC_BUFC_DATA;
4381         int restarts = MAX(zfs_arc_meta_adjust_restarts, 0);
4382
4383 restart:
4384         /*
4385          * This slightly differs than the way we evict from the mru in
4386          * arc_adjust because we don't have a "target" value (i.e. no
4387          * "meta" arc_p). As a result, I think we can completely
4388          * cannibalize the metadata in the MRU before we evict the
4389          * metadata from the MFU. I think we probably need to implement a
4390          * "metadata arc_p" value to do this properly.
4391          */
4392         adjustmnt = meta_used - arc_meta_limit;
4393
4394         if (adjustmnt > 0 &&
4395             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[type]) > 0) {
4396                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[type]),
4397                     adjustmnt);
4398                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mru, 0, delta, type);
4399                 adjustmnt -= delta;
4400         }
4401
4402         /*
4403          * We can't afford to recalculate adjustmnt here. If we do,
4404          * new metadata buffers can sneak into the MRU or ANON lists,
4405          * thus penalize the MFU metadata. Although the fudge factor is
4406          * small, it has been empirically shown to be significant for
4407          * certain workloads (e.g. creating many empty directories). As
4408          * such, we use the original calculation for adjustmnt, and
4409          * simply decrement the amount of data evicted from the MRU.
4410          */
4411
4412         if (adjustmnt > 0 &&
4413             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[type]) > 0) {
4414                 delta = MIN(zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[type]),
4415                     adjustmnt);
4416                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, delta, type);
4417         }
4418
4419         adjustmnt = meta_used - arc_meta_limit;
4420
4421         if (adjustmnt > 0 &&
4422             zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_esize[type]) > 0) {
4423                 delta = MIN(adjustmnt,
4424                     zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_esize[type]));
4425                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mru_ghost, 0, delta, type);
4426                 adjustmnt -= delta;
4427         }
4428
4429         if (adjustmnt > 0 &&
4430             zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[type]) > 0) {
4431                 delta = MIN(adjustmnt,
4432                     zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[type]));
4433                 total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mfu_ghost, 0, delta, type);
4434         }
4435
4436         /*
4437          * If after attempting to make the requested adjustment to the ARC
4438          * the meta limit is still being exceeded then request that the
4439          * higher layers drop some cached objects which have holds on ARC
4440          * meta buffers.  Requests to the upper layers will be made with
4441          * increasingly large scan sizes until the ARC is below the limit.
4442          */
4443         if (meta_used > arc_meta_limit) {
4444                 if (type == ARC_BUFC_DATA) {
4445                         type = ARC_BUFC_METADATA;
4446                 } else {
4447                         type = ARC_BUFC_DATA;
4448
4449                         if (zfs_arc_meta_prune) {
4450                                 prune += zfs_arc_meta_prune;
4451                                 arc_prune_async(prune);
4452                         }
4453                 }
4454
4455                 if (restarts > 0) {
4456                         restarts--;
4457                         goto restart;
4458                 }
4459         }
4460         return (total_evicted);
4461 }
4462
4463 /*
4464  * Evict metadata buffers from the cache, such that arc_meta_used is
4465  * capped by the arc_meta_limit tunable.
4466  */
4467 static uint64_t
4468 arc_adjust_meta_only(uint64_t meta_used)
4469 {
4470         uint64_t total_evicted = 0;
4471         int64_t target;
4472
4473         /*
4474          * If we're over the meta limit, we want to evict enough
4475          * metadata to get back under the meta limit. We don't want to
4476          * evict so much that we drop the MRU below arc_p, though. If
4477          * we're over the meta limit more than we're over arc_p, we
4478          * evict some from the MRU here, and some from the MFU below.
4479          */
4480         target = MIN((int64_t)(meta_used - arc_meta_limit),
4481             (int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) +
4482             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) - arc_p));
4483
4484         total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4485
4486         /*
4487          * Similar to the above, we want to evict enough bytes to get us
4488          * below the meta limit, but not so much as to drop us below the
4489          * space allotted to the MFU (which is defined as arc_c - arc_p).
4490          */
4491         target = MIN((int64_t)(meta_used - arc_meta_limit),
4492             (int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_size) -
4493             (arc_c - arc_p)));
4494
4495         total_evicted += arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4496
4497         return (total_evicted);
4498 }
4499
4500 static uint64_t
4501 arc_adjust_meta(uint64_t meta_used)
4502 {
4503         if (zfs_arc_meta_strategy == ARC_STRATEGY_META_ONLY)
4504                 return (arc_adjust_meta_only(meta_used));
4505         else
4506                 return (arc_adjust_meta_balanced(meta_used));
4507 }
4508
4509 /*
4510  * Return the type of the oldest buffer in the given arc state
4511  *
4512  * This function will select a random sublist of type ARC_BUFC_DATA and
4513  * a random sublist of type ARC_BUFC_METADATA. The tail of each sublist
4514  * is compared, and the type which contains the "older" buffer will be
4515  * returned.
4516  */
4517 static arc_buf_contents_t
4518 arc_adjust_type(arc_state_t *state)
4519 {
4520         multilist_t *data_ml = state->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
4521         multilist_t *meta_ml = state->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
4522         int data_idx = multilist_get_random_index(data_ml);
4523         int meta_idx = multilist_get_random_index(meta_ml);
4524         multilist_sublist_t *data_mls;
4525         multilist_sublist_t *meta_mls;
4526         arc_buf_contents_t type;
4527         arc_buf_hdr_t *data_hdr;
4528         arc_buf_hdr_t *meta_hdr;
4529
4530         /*
4531          * We keep the sublist lock until we're finished, to prevent
4532          * the headers from being destroyed via arc_evict_state().
4533          */
4534         data_mls = multilist_sublist_lock(data_ml, data_idx);
4535         meta_mls = multilist_sublist_lock(meta_ml, meta_idx);
4536
4537         /*
4538          * These two loops are to ensure we skip any markers that
4539          * might be at the tail of the lists due to arc_evict_state().
4540          */
4541
4542         for (data_hdr = multilist_sublist_tail(data_mls); data_hdr != NULL;
4543             data_hdr = multilist_sublist_prev(data_mls, data_hdr)) {
4544                 if (data_hdr->b_spa != 0)
4545                         break;
4546         }
4547
4548         for (meta_hdr = multilist_sublist_tail(meta_mls); meta_hdr != NULL;
4549             meta_hdr = multilist_sublist_prev(meta_mls, meta_hdr)) {
4550                 if (meta_hdr->b_spa != 0)
4551                         break;
4552         }
4553
4554         if (data_hdr == NULL && meta_hdr == NULL) {
4555                 type = ARC_BUFC_DATA;
4556         } else if (data_hdr == NULL) {
4557                 ASSERT3P(meta_hdr, !=, NULL);
4558                 type = ARC_BUFC_METADATA;
4559         } else if (meta_hdr == NULL) {
4560                 ASSERT3P(data_hdr, !=, NULL);
4561                 type = ARC_BUFC_DATA;
4562         } else {
4563                 ASSERT3P(data_hdr, !=, NULL);
4564                 ASSERT3P(meta_hdr, !=, NULL);
4565
4566                 /* The headers can't be on the sublist without an L1 header */
4567                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(data_hdr));
4568                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(meta_hdr));
4569
4570                 if (data_hdr->b_l1hdr.b_arc_access <
4571                     meta_hdr->b_l1hdr.b_arc_access) {
4572                         type = ARC_BUFC_DATA;
4573                 } else {
4574                         type = ARC_BUFC_METADATA;
4575                 }
4576         }
4577
4578         multilist_sublist_unlock(meta_mls);
4579         multilist_sublist_unlock(data_mls);
4580
4581         return (type);
4582 }
4583
4584 /*
4585  * Evict buffers from the cache, such that arc_size is capped by arc_c.
4586  */
4587 static uint64_t
4588 arc_adjust(void)
4589 {
4590         uint64_t total_evicted = 0;
4591         uint64_t bytes;
4592         int64_t target;
4593         uint64_t asize = aggsum_value(&arc_size);
4594         uint64_t ameta = aggsum_value(&arc_meta_used);
4595
4596         /*
4597          * If we're over arc_meta_limit, we want to correct that before
4598          * potentially evicting data buffers below.
4599          */
4600         total_evicted += arc_adjust_meta(ameta);
4601
4602         /*
4603          * Adjust MRU size
4604          *
4605          * If we're over the target cache size, we want to evict enough
4606          * from the list to get back to our target size. We don't want
4607          * to evict too much from the MRU, such that it drops below
4608          * arc_p. So, if we're over our target cache size more than
4609          * the MRU is over arc_p, we'll evict enough to get back to
4610          * arc_p here, and then evict more from the MFU below.
4611          */
4612         target = MIN((int64_t)(asize - arc_c),
4613             (int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) +
4614             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) + ameta - arc_p));
4615
4616         /*
4617          * If we're below arc_meta_min, always prefer to evict data.
4618          * Otherwise, try to satisfy the requested number of bytes to
4619          * evict from the type which contains older buffers; in an
4620          * effort to keep newer buffers in the cache regardless of their
4621          * type. If we cannot satisfy the number of bytes from this
4622          * type, spill over into the next type.
4623          */
4624         if (arc_adjust_type(arc_mru) == ARC_BUFC_METADATA &&
4625             ameta > arc_meta_min) {
4626                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4627                 total_evicted += bytes;
4628
4629                 /*
4630                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4631                  * metadata, we try to get the rest from data.
4632                  */
4633                 target -= bytes;
4634
4635                 total_evicted +=
4636                     arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4637         } else {
4638                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4639                 total_evicted += bytes;
4640
4641                 /*
4642                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4643                  * data, we try to get the rest from metadata.
4644                  */
4645                 target -= bytes;
4646
4647                 total_evicted +=
4648                     arc_adjust_impl(arc_mru, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4649         }
4650
4651         /*
4652          * Re-sum ARC stats after the first round of evictions.
4653          */
4654         asize = aggsum_value(&arc_size);
4655         ameta = aggsum_value(&arc_meta_used);
4656
4657
4658         /*
4659          * Adjust MFU size
4660          *
4661          * Now that we've tried to evict enough from the MRU to get its
4662          * size back to arc_p, if we're still above the target cache
4663          * size, we evict the rest from the MFU.
4664          */
4665         target = asize - arc_c;
4666
4667         if (arc_adjust_type(arc_mfu) == ARC_BUFC_METADATA &&
4668             ameta > arc_meta_min) {
4669                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4670                 total_evicted += bytes;
4671
4672                 /*
4673                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4674                  * metadata, we try to get the rest from data.
4675                  */
4676                 target -= bytes;
4677
4678                 total_evicted +=
4679                     arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4680         } else {
4681                 bytes = arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4682                 total_evicted += bytes;
4683
4684                 /*
4685                  * If we couldn't evict our target number of bytes from
4686                  * data, we try to get the rest from data.
4687                  */
4688                 target -= bytes;
4689
4690                 total_evicted +=
4691                     arc_adjust_impl(arc_mfu, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4692         }
4693
4694         /*
4695          * Adjust ghost lists
4696          *
4697          * In addition to the above, the ARC also defines target values
4698          * for the ghost lists. The sum of the mru list and mru ghost
4699          * list should never exceed the target size of the cache, and
4700          * the sum of the mru list, mfu list, mru ghost list, and mfu
4701          * ghost list should never exceed twice the target size of the
4702          * cache. The following logic enforces these limits on the ghost
4703          * caches, and evicts from them as needed.
4704          */
4705         target = zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) +
4706             zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size) - arc_c;
4707
4708         bytes = arc_adjust_impl(arc_mru_ghost, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4709         total_evicted += bytes;
4710
4711         target -= bytes;
4712
4713         total_evicted +=
4714             arc_adjust_impl(arc_mru_ghost, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4715
4716         /*
4717          * We assume the sum of the mru list and mfu list is less than
4718          * or equal to arc_c (we enforced this above), which means we
4719          * can use the simpler of the two equations below:
4720          *
4721          *      mru + mfu + mru ghost + mfu ghost <= 2 * arc_c
4722          *                  mru ghost + mfu ghost <= arc_c
4723          */
4724         target = zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size) +
4725             zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_size) - arc_c;
4726
4727         bytes = arc_adjust_impl(arc_mfu_ghost, 0, target, ARC_BUFC_DATA);
4728         total_evicted += bytes;
4729
4730         target -= bytes;
4731
4732         total_evicted +=
4733             arc_adjust_impl(arc_mfu_ghost, 0, target, ARC_BUFC_METADATA);
4734
4735         return (total_evicted);
4736 }
4737
4738 void
4739 arc_flush(spa_t *spa, boolean_t retry)
4740 {
4741         uint64_t guid = 0;
4742
4743         /*
4744          * If retry is B_TRUE, a spa must not be specified since we have
4745          * no good way to determine if all of a spa's buffers have been
4746          * evicted from an arc state.
4747          */
4748         ASSERT(!retry || spa == 0);
4749
4750         if (spa != NULL)
4751                 guid = spa_load_guid(spa);
4752
4753         (void) arc_flush_state(arc_mru, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4754         (void) arc_flush_state(arc_mru, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4755
4756         (void) arc_flush_state(arc_mfu, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4757         (void) arc_flush_state(arc_mfu, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4758
4759         (void) arc_flush_state(arc_mru_ghost, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4760         (void) arc_flush_state(arc_mru_ghost, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4761
4762         (void) arc_flush_state(arc_mfu_ghost, guid, ARC_BUFC_DATA, retry);
4763         (void) arc_flush_state(arc_mfu_ghost, guid, ARC_BUFC_METADATA, retry);
4764 }
4765
4766 void
4767 arc_shrink(int64_t to_free)
4768 {
4769         uint64_t asize = aggsum_value(&arc_size);
4770         uint64_t c = arc_c;
4771
4772         if (c > to_free && c - to_free > arc_c_min) {
4773                 arc_c = c - to_free;
4774                 atomic_add_64(&arc_p, -(arc_p >> arc_shrink_shift));
4775                 if (asize < arc_c)
4776                         arc_c = MAX(asize, arc_c_min);
4777                 if (arc_p > arc_c)
4778                         arc_p = (arc_c >> 1);
4779                 ASSERT(arc_c >= arc_c_min);
4780                 ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
4781         } else {
4782                 arc_c = arc_c_min;
4783         }
4784
4785         if (asize > arc_c)
4786                 (void) arc_adjust();
4787 }
4788
4789 /*
4790  * Return maximum amount of memory that we could possibly use.  Reduced
4791  * to half of all memory in user space which is primarily used for testing.
4792  */
4793 static uint64_t
4794 arc_all_memory(void)
4795 {
4796 #ifdef _KERNEL
4797 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4798         return (ptob(totalram_pages - totalhigh_pages));
4799 #else
4800         return (ptob(totalram_pages));
4801 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
4802 #else
4803         return (ptob(physmem) / 2);
4804 #endif /* _KERNEL */
4805 }
4806
4807 /*
4808  * Return the amount of memory that is considered free.  In user space
4809  * which is primarily used for testing we pretend that free memory ranges
4810  * from 0-20% of all memory.
4811  */
4812 static uint64_t
4813 arc_free_memory(void)
4814 {
4815 #ifdef _KERNEL
4816 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4817         struct sysinfo si;
4818         si_meminfo(&si);
4819         return (ptob(si.freeram - si.freehigh));
4820 #else
4821         return (ptob(nr_free_pages() +
4822             nr_inactive_file_pages() +
4823             nr_inactive_anon_pages() +
4824             nr_slab_reclaimable_pages()));
4825
4826 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
4827 #else
4828         return (spa_get_random(arc_all_memory() * 20 / 100));
4829 #endif /* _KERNEL */
4830 }
4831
4832 typedef enum free_memory_reason_t {
4833         FMR_UNKNOWN,
4834         FMR_NEEDFREE,
4835         FMR_LOTSFREE,
4836         FMR_SWAPFS_MINFREE,
4837         FMR_PAGES_PP_MAXIMUM,
4838         FMR_HEAP_ARENA,
4839         FMR_ZIO_ARENA,
4840 } free_memory_reason_t;
4841
4842 int64_t last_free_memory;
4843 free_memory_reason_t last_free_reason;
4844
4845 #ifdef _KERNEL
4846 /*
4847  * Additional reserve of pages for pp_reserve.
4848  */
4849 int64_t arc_pages_pp_reserve = 64;
4850
4851 /*
4852  * Additional reserve of pages for swapfs.
4853  */
4854 int64_t arc_swapfs_reserve = 64;
4855 #endif /* _KERNEL */
4856
4857 /*
4858  * Return the amount of memory that can be consumed before reclaim will be
4859  * needed.  Positive if there is sufficient free memory, negative indicates
4860  * the amount of memory that needs to be freed up.
4861  */
4862 static int64_t
4863 arc_available_memory(void)
4864 {
4865         int64_t lowest = INT64_MAX;
4866         free_memory_reason_t r = FMR_UNKNOWN;
4867 #ifdef _KERNEL
4868         int64_t n;
4869 #ifdef __linux__
4870 #ifdef freemem
4871 #undef freemem
4872 #endif
4873         pgcnt_t needfree = btop(arc_need_free);
4874         pgcnt_t lotsfree = btop(arc_sys_free);
4875         pgcnt_t desfree = 0;
4876         pgcnt_t freemem = btop(arc_free_memory());
4877 #endif
4878
4879         if (needfree > 0) {
4880                 n = PAGESIZE * (-needfree);
4881                 if (n < lowest) {
4882                         lowest = n;
4883                         r = FMR_NEEDFREE;
4884                 }
4885         }
4886
4887         /*
4888          * check that we're out of range of the pageout scanner.  It starts to
4889          * schedule paging if freemem is less than lotsfree and needfree.
4890          * lotsfree is the high-water mark for pageout, and needfree is the
4891          * number of needed free pages.  We add extra pages here to make sure
4892          * the scanner doesn't start up while we're freeing memory.
4893          */
4894         n = PAGESIZE * (freemem - lotsfree - needfree - desfree);
4895         if (n < lowest) {
4896                 lowest = n;
4897                 r = FMR_LOTSFREE;
4898         }
4899
4900 #ifndef __linux__
4901         /*
4902          * check to make sure that swapfs has enough space so that anon
4903          * reservations can still succeed. anon_resvmem() checks that the
4904          * availrmem is greater than swapfs_minfree, and the number of reserved
4905          * swap pages.  We also add a bit of extra here just to prevent
4906          * circumstances from getting really dire.
4907          */
4908         n = PAGESIZE * (availrmem - swapfs_minfree - swapfs_reserve -
4909             desfree - arc_swapfs_reserve);
4910         if (n < lowest) {
4911                 lowest = n;
4912                 r = FMR_SWAPFS_MINFREE;
4913         }
4914
4915         /*
4916          * Check that we have enough availrmem that memory locking (e.g., via
4917          * mlock(3C) or memcntl(2)) can still succeed.  (pages_pp_maximum
4918          * stores the number of pages that cannot be locked; when availrmem
4919          * drops below pages_pp_maximum, page locking mechanisms such as
4920          * page_pp_lock() will fail.)
4921          */
4922         n = PAGESIZE * (availrmem - pages_pp_maximum -
4923             arc_pages_pp_reserve);
4924         if (n < lowest) {
4925                 lowest = n;
4926                 r = FMR_PAGES_PP_MAXIMUM;
4927         }
4928 #endif
4929
4930 #if defined(_ILP32)
4931         /*
4932          * If we're on a 32-bit platform, it's possible that we'll exhaust the
4933          * kernel heap space before we ever run out of available physical
4934          * memory.  Most checks of the size of the heap_area compare against
4935          * tune.t_minarmem, which is the minimum available real memory that we
4936          * can have in the system.  However, this is generally fixed at 25 pages
4937          * which is so low that it's useless.  In this comparison, we seek to
4938          * calculate the total heap-size, and reclaim if more than 3/4ths of the
4939          * heap is allocated.  (Or, in the calculation, if less than 1/4th is
4940          * free)
4941          */
4942         n = vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE) -
4943             (vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE | VMEM_ALLOC) >> 2);
4944         if (n < lowest) {
4945                 lowest = n;
4946                 r = FMR_HEAP_ARENA;
4947         }
4948 #endif
4949
4950         /*
4951          * If zio data pages are being allocated out of a separate heap segment,
4952          * then enforce that the size of available vmem for this arena remains
4953          * above about 1/4th (1/(2^arc_zio_arena_free_shift)) free.
4954          *
4955          * Note that reducing the arc_zio_arena_free_shift keeps more virtual
4956          * memory (in the zio_arena) free, which can avoid memory
4957          * fragmentation issues.
4958          */
4959         if (zio_arena != NULL) {
4960                 n = (int64_t)vmem_size(zio_arena, VMEM_FREE) -
4961                     (vmem_size(zio_arena, VMEM_ALLOC) >>
4962                     arc_zio_arena_free_shift);
4963                 if (n < lowest) {
4964                         lowest = n;
4965                         r = FMR_ZIO_ARENA;
4966                 }
4967         }
4968 #else /* _KERNEL */
4969         /* Every 100 calls, free a small amount */
4970         if (spa_get_random(100) == 0)
4971                 lowest = -1024;
4972 #endif /* _KERNEL */
4973
4974         last_free_memory = lowest;
4975         last_free_reason = r;
4976
4977         return (lowest);
4978 }
4979
4980 /*
4981  * Determine if the system is under memory pressure and is asking
4982  * to reclaim memory. A return value of B_TRUE indicates that the system
4983  * is under memory pressure and that the arc should adjust accordingly.
4984  */
4985 static boolean_t
4986 arc_reclaim_needed(void)
4987 {
4988         return (arc_available_memory() < 0);
4989 }
4990
4991 static void
4992 arc_kmem_reap_now(void)
4993 {
4994         size_t                  i;
4995         kmem_cache_t            *prev_cache = NULL;
4996         kmem_cache_t            *prev_data_cache = NULL;
4997         extern kmem_cache_t     *zio_buf_cache[];
4998         extern kmem_cache_t     *zio_data_buf_cache[];
4999         extern kmem_cache_t     *range_seg_cache;
5000
5001 #ifdef _KERNEL
5002         if ((aggsum_compare(&arc_meta_used, arc_meta_limit) >= 0) &&
5003             zfs_arc_meta_prune) {
5004                 /*
5005                  * We are exceeding our meta-data cache limit.
5006                  * Prune some entries to release holds on meta-data.
5007                  */
5008                 arc_prune_async(zfs_arc_meta_prune);
5009         }
5010 #if defined(_ILP32)
5011         /*
5012          * Reclaim unused memory from all kmem caches.
5013          */
5014         kmem_reap();
5015 #endif
5016 #endif
5017
5018         for (i = 0; i < SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT; i++) {
5019 #if defined(_ILP32)
5020                 /* reach upper limit of cache size on 32-bit */
5021                 if (zio_buf_cache[i] == NULL)
5022                         break;
5023 #endif
5024                 if (zio_buf_cache[i] != prev_cache) {
5025                         prev_cache = zio_buf_cache[i];
5026                         kmem_cache_reap_now(zio_buf_cache[i]);
5027                 }
5028                 if (zio_data_buf_cache[i] != prev_data_cache) {
5029                         prev_data_cache = zio_data_buf_cache[i];
5030                         kmem_cache_reap_now(zio_data_buf_cache[i]);
5031                 }
5032         }
5033         kmem_cache_reap_now(buf_cache);
5034         kmem_cache_reap_now(hdr_full_cache);
5035         kmem_cache_reap_now(hdr_l2only_cache);
5036         kmem_cache_reap_now(range_seg_cache);
5037
5038         if (zio_arena != NULL) {
5039                 /*
5040                  * Ask the vmem arena to reclaim unused memory from its
5041                  * quantum caches.
5042                  */
5043                 vmem_qcache_reap(zio_arena);
5044         }
5045 }
5046
5047 /*
5048  * Threads can block in arc_get_data_impl() waiting for this thread to evict
5049  * enough data and signal them to proceed. When this happens, the threads in
5050  * arc_get_data_impl() are sleeping while holding the hash lock for their
5051  * particular arc header. Thus, we must be careful to never sleep on a
5052  * hash lock in this thread. This is to prevent the following deadlock:
5053  *
5054  *  - Thread A sleeps on CV in arc_get_data_impl() holding hash lock "L",
5055  *    waiting for the reclaim thread to signal it.
5056  *
5057  *  - arc_reclaim_thread() tries to acquire hash lock "L" using mutex_enter,
5058  *    fails, and goes to sleep forever.
5059  *
5060  * This possible deadlock is avoided by always acquiring a hash lock
5061  * using mutex_tryenter() from arc_reclaim_thread().
5062  */
5063 /* ARGSUSED */
5064 static void
5065 arc_reclaim_thread(void *unused)
5066 {
5067         fstrans_cookie_t        cookie = spl_fstrans_mark();
5068         hrtime_t                growtime = 0;
5069         callb_cpr_t             cpr;
5070
5071         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &arc_reclaim_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
5072
5073         mutex_enter(&arc_reclaim_lock);
5074         while (!arc_reclaim_thread_exit) {
5075                 uint64_t evicted = 0;
5076                 uint64_t need_free = arc_need_free;
5077                 arc_tuning_update();
5078
5079                 /*
5080                  * This is necessary in order for the mdb ::arc dcmd to
5081                  * show up to date information. Since the ::arc command
5082                  * does not call the kstat's update function, without
5083                  * this call, the command may show stale stats for the
5084                  * anon, mru, mru_ghost, mfu, and mfu_ghost lists. Even
5085                  * with this change, the data might be up to 1 second
5086                  * out of date; but that should suffice. The arc_state_t
5087                  * structures can be queried directly if more accurate
5088                  * information is needed.
5089                  */
5090 #ifndef __linux__
5091                 if (arc_ksp != NULL)
5092                         arc_ksp->ks_update(arc_ksp, KSTAT_READ);
5093 #endif
5094                 mutex_exit(&arc_reclaim_lock);
5095
5096                 /*
5097                  * We call arc_adjust() before (possibly) calling
5098                  * arc_kmem_reap_now(), so that we can wake up
5099                  * arc_get_data_buf() sooner.
5100                  */
5101                 evicted = arc_adjust();
5102
5103                 int64_t free_memory = arc_available_memory();
5104                 if (free_memory < 0) {
5105
5106                         arc_no_grow = B_TRUE;
5107                         arc_warm = B_TRUE;
5108
5109                         /*
5110                          * Wait at least zfs_grow_retry (default 5) seconds
5111                          * before considering growing.
5112                          */
5113                         growtime = gethrtime() + SEC2NSEC(arc_grow_retry);
5114
5115                         arc_kmem_reap_now();
5116
5117                         /*
5118                          * If we are still low on memory, shrink the ARC
5119                          * so that we have arc_shrink_min free space.
5120                          */
5121                         free_memory = arc_available_memory();
5122
5123                         int64_t to_free =
5124                             (arc_c >> arc_shrink_shift) - free_memory;
5125                         if (to_free > 0) {
5126 #ifdef _KERNEL
5127                                 to_free = MAX(to_free, need_free);
5128 #endif
5129                                 arc_shrink(to_free);
5130                         }
5131                 } else if (free_memory < arc_c >> arc_no_grow_shift) {
5132                         arc_no_grow = B_TRUE;
5133                 } else if (gethrtime() >= growtime) {
5134                         arc_no_grow = B_FALSE;
5135                 }
5136
5137                 mutex_enter(&arc_reclaim_lock);
5138
5139                 /*
5140                  * If evicted is zero, we couldn't evict anything via
5141                  * arc_adjust(). This could be due to hash lock
5142                  * collisions, but more likely due to the majority of
5143                  * arc buffers being unevictable. Therefore, even if
5144                  * arc_size is above arc_c, another pass is unlikely to
5145                  * be helpful and could potentially cause us to enter an
5146                  * infinite loop.
5147                  */
5148                 if (aggsum_compare(&arc_size, arc_c) <= 0|| evicted == 0) {
5149                         /*
5150                          * We're either no longer overflowing, or we
5151                          * can't evict anything more, so we should wake
5152                          * up any threads before we go to sleep and remove
5153                          * the bytes we were working on from arc_need_free
5154                          * since nothing more will be done here.
5155                          */
5156                         cv_broadcast(&arc_reclaim_waiters_cv);
5157                         ARCSTAT_INCR(arcstat_need_free, -need_free);
5158
5159                         /*
5160                          * Block until signaled, or after one second (we
5161                          * might need to perform arc_kmem_reap_now()
5162                          * even if we aren't being signalled)
5163                          */
5164                         CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
5165                         (void) cv_timedwait_sig_hires(&arc_reclaim_thread_cv,
5166                             &arc_reclaim_lock, SEC2NSEC(1), MSEC2NSEC(1), 0);
5167                         CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &arc_reclaim_lock);
5168                 }
5169         }
5170
5171         arc_reclaim_thread_exit = B_FALSE;
5172         cv_broadcast(&arc_reclaim_thread_cv);
5173         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops arc_reclaim_lock */
5174         spl_fstrans_unmark(cookie);
5175         thread_exit();
5176 }
5177
5178 #ifdef _KERNEL
5179 /*
5180  * Determine the amount of memory eligible for eviction contained in the
5181  * ARC. All clean data reported by the ghost lists can always be safely
5182  * evicted. Due to arc_c_min, the same does not hold for all clean data
5183  * contained by the regular mru and mfu lists.
5184  *
5185  * In the case of the regular mru and mfu lists, we need to report as
5186  * much clean data as possible, such that evicting that same reported
5187  * data will not bring arc_size below arc_c_min. Thus, in certain
5188  * circumstances, the total amount of clean data in the mru and mfu
5189  * lists might not actually be evictable.
5190  *
5191  * The following two distinct cases are accounted for:
5192  *
5193  * 1. The sum of the amount of dirty data contained by both the mru and
5194  *    mfu lists, plus the ARC's other accounting (e.g. the anon list),
5195  *    is greater than or equal to arc_c_min.
5196  *    (i.e. amount of dirty data >= arc_c_min)
5197  *
5198  *    This is the easy case; all clean data contained by the mru and mfu
5199  *    lists is evictable. Evicting all clean data can only drop arc_size
5200  *    to the amount of dirty data, which is greater than arc_c_min.
5201  *
5202  * 2. The sum of the amount of dirty data contained by both the mru and
5203  *    mfu lists, plus the ARC's other accounting (e.g. the anon list),
5204  *    is less than arc_c_min.
5205  *    (i.e. arc_c_min > amount of dirty data)
5206  *
5207  *    2.1. arc_size is greater than or equal arc_c_min.
5208  *         (i.e. arc_size >= arc_c_min > amount of dirty data)
5209  *
5210  *         In this case, not all clean data from the regular mru and mfu
5211  *         lists is actually evictable; we must leave enough clean data
5212  *         to keep arc_size above arc_c_min. Thus, the maximum amount of
5213  *         evictable data from the two lists combined, is exactly the
5214  *         difference between arc_size and arc_c_min.
5215  *
5216  *    2.2. arc_size is less than arc_c_min
5217  *         (i.e. arc_c_min > arc_size > amount of dirty data)
5218  *
5219  *         In this case, none of the data contained in the mru and mfu
5220  *         lists is evictable, even if it's clean. Since arc_size is
5221  *         already below arc_c_min, evicting any more would only
5222  *         increase this negative difference.
5223  */
5224 static uint64_t
5225 arc_evictable_memory(void)
5226 {
5227         int64_t asize = aggsum_value(&arc_size);
5228         uint64_t arc_clean =
5229             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]) +
5230             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]) +
5231             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]) +
5232             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
5233         uint64_t arc_dirty = MAX((int64_t)asize - (int64_t)arc_clean, 0);
5234
5235         /*
5236          * Scale reported evictable memory in proportion to page cache, cap
5237          * at specified min/max.
5238          */
5239         uint64_t min = (ptob(nr_file_pages()) / 100) * zfs_arc_pc_percent;
5240         min = MAX(arc_c_min, MIN(arc_c_max, min));
5241
5242         if (arc_dirty >= min)
5243                 return (arc_clean);
5244
5245         return (MAX((int64_t)asize - (int64_t)min, 0));
5246 }
5247
5248 /*
5249  * If sc->nr_to_scan is zero, the caller is requesting a query of the
5250  * number of objects which can potentially be freed.  If it is nonzero,
5251  * the request is to free that many objects.
5252  *
5253  * Linux kernels >= 3.12 have the count_objects and scan_objects callbacks
5254  * in struct shrinker and also require the shrinker to return the number
5255  * of objects freed.
5256  *
5257  * Older kernels require the shrinker to return the number of freeable
5258  * objects following the freeing of nr_to_free.
5259  */
5260 static spl_shrinker_t
5261 __arc_shrinker_func(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5262 {
5263         int64_t pages;
5264
5265         /* The arc is considered warm once reclaim has occurred */
5266         if (unlikely(arc_warm == B_FALSE))
5267                 arc_warm = B_TRUE;
5268
5269         /* Return the potential number of reclaimable pages */
5270         pages = btop((int64_t)arc_evictable_memory());
5271         if (sc->nr_to_scan == 0)
5272                 return (pages);
5273
5274         /* Not allowed to perform filesystem reclaim */
5275         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_FS))
5276                 return (SHRINK_STOP);
5277
5278         /* Reclaim in progress */
5279         if (mutex_tryenter(&arc_reclaim_lock) == 0) {
5280                 ARCSTAT_INCR(arcstat_need_free, ptob(sc->nr_to_scan));
5281                 return (0);
5282         }
5283
5284         mutex_exit(&arc_reclaim_lock);
5285
5286         /*
5287          * Evict the requested number of pages by shrinking arc_c the
5288          * requested amount.
5289          */
5290         if (pages > 0) {
5291                 arc_shrink(ptob(sc->nr_to_scan));
5292                 if (current_is_kswapd())
5293                         arc_kmem_reap_now();
5294 #ifdef HAVE_SPLIT_SHRINKER_CALLBACK
5295                 pages = MAX((int64_t)pages -
5296                     (int64_t)btop(arc_evictable_memory()), 0);
5297 #else
5298                 pages = btop(arc_evictable_memory());
5299 #endif
5300                 /*
5301                  * We've shrunk what we can, wake up threads.
5302                  */
5303                 cv_broadcast(&arc_reclaim_waiters_cv);
5304         } else
5305                 pages = SHRINK_STOP;
5306
5307         /*
5308          * When direct reclaim is observed it usually indicates a rapid
5309          * increase in memory pressure.  This occurs because the kswapd
5310          * threads were unable to asynchronously keep enough free memory
5311          * available.  In this case set arc_no_grow to briefly pause arc
5312          * growth to avoid compounding the memory pressure.
5313          */
5314         if (current_is_kswapd()) {
5315                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_memory_indirect_count);
5316         } else {
5317                 arc_no_grow = B_TRUE;
5318                 arc_kmem_reap_now();
5319                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_memory_direct_count);
5320         }
5321
5322         return (pages);
5323 }
5324 SPL_SHRINKER_CALLBACK_WRAPPER(arc_shrinker_func);
5325
5326 SPL_SHRINKER_DECLARE(arc_shrinker, arc_shrinker_func, DEFAULT_SEEKS);
5327 #endif /* _KERNEL */
5328
5329 /*
5330  * Adapt arc info given the number of bytes we are trying to add and
5331  * the state that we are coming from.  This function is only called
5332  * when we are adding new content to the cache.
5333  */
5334 static void
5335 arc_adapt(int bytes, arc_state_t *state)
5336 {
5337         int mult;
5338         uint64_t arc_p_min = (arc_c >> arc_p_min_shift);
5339         int64_t mrug_size = zfs_refcount_count(&arc_mru_ghost->arcs_size);
5340         int64_t mfug_size = zfs_refcount_count(&arc_mfu_ghost->arcs_size);
5341
5342         if (state == arc_l2c_only)
5343                 return;
5344
5345         ASSERT(bytes > 0);
5346         /*
5347          * Adapt the target size of the MRU list:
5348          *      - if we just hit in the MRU ghost list, then increase
5349          *        the target size of the MRU list.
5350          *      - if we just hit in the MFU ghost list, then increase
5351          *        the target size of the MFU list by decreasing the
5352          *        target size of the MRU list.
5353          */
5354         if (state == arc_mru_ghost) {
5355                 mult = (mrug_size >= mfug_size) ? 1 : (mfug_size / mrug_size);
5356                 if (!zfs_arc_p_dampener_disable)
5357                         mult = MIN(mult, 10); /* avoid wild arc_p adjustment */
5358
5359                 arc_p = MIN(arc_c - arc_p_min, arc_p + bytes * mult);
5360         } else if (state == arc_mfu_ghost) {
5361                 uint64_t delta;
5362
5363                 mult = (mfug_size >= mrug_size) ? 1 : (mrug_size / mfug_size);
5364                 if (!zfs_arc_p_dampener_disable)
5365                         mult = MIN(mult, 10);
5366
5367                 delta = MIN(bytes * mult, arc_p);
5368                 arc_p = MAX(arc_p_min, arc_p - delta);
5369         }
5370         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
5371
5372         if (arc_reclaim_needed()) {
5373                 cv_signal(&arc_reclaim_thread_cv);
5374                 return;
5375         }
5376
5377         if (arc_no_grow)
5378                 return;
5379
5380         if (arc_c >= arc_c_max)
5381                 return;
5382
5383         /*
5384          * If we're within (2 * maxblocksize) bytes of the target
5385          * cache size, increment the target cache size
5386          */
5387         ASSERT3U(arc_c, >=, 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT);
5388         if (aggsum_compare(&arc_size, arc_c - (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT)) >=
5389             0) {
5390                 atomic_add_64(&arc_c, (int64_t)bytes);
5391                 if (arc_c > arc_c_max)
5392                         arc_c = arc_c_max;
5393                 else if (state == arc_anon)
5394                         atomic_add_64(&arc_p, (int64_t)bytes);
5395                 if (arc_p > arc_c)
5396                         arc_p = arc_c;
5397         }
5398         ASSERT((int64_t)arc_p >= 0);
5399 }
5400
5401 /*
5402  * Check if arc_size has grown past our upper threshold, determined by
5403  * zfs_arc_overflow_shift.
5404  */
5405 static boolean_t
5406 arc_is_overflowing(void)
5407 {
5408         /* Always allow at least one block of overflow */
5409         uint64_t overflow = MAX(SPA_MAXBLOCKSIZE,
5410             arc_c >> zfs_arc_overflow_shift);
5411
5412         /*
5413          * We just compare the lower bound here for performance reasons. Our
5414          * primary goals are to make sure that the arc never grows without
5415          * bound, and that it can reach its maximum size. This check
5416          * accomplishes both goals. The maximum amount we could run over by is
5417          * 2 * aggsum_borrow_multiplier * NUM_CPUS * the average size of a block
5418          * in the ARC. In practice, that's in the tens of MB, which is low
5419          * enough to be safe.
5420          */
5421         return (aggsum_lower_bound(&arc_size) >= arc_c + overflow);
5422 }
5423
5424 static abd_t *
5425 arc_get_data_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag)
5426 {
5427         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5428
5429         arc_get_data_impl(hdr, size, tag);
5430         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5431                 return (abd_alloc(size, B_TRUE));
5432         } else {
5433                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5434                 return (abd_alloc(size, B_FALSE));
5435         }
5436 }
5437
5438 static void *
5439 arc_get_data_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag)
5440 {
5441         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5442
5443         arc_get_data_impl(hdr, size, tag);
5444         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5445                 return (zio_buf_alloc(size));
5446         } else {
5447                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5448                 return (zio_data_buf_alloc(size));
5449         }
5450 }
5451
5452 /*
5453  * Allocate a block and return it to the caller. If we are hitting the
5454  * hard limit for the cache size, we must sleep, waiting for the eviction
5455  * thread to catch up. If we're past the target size but below the hard
5456  * limit, we'll only signal the reclaim thread and continue on.
5457  */
5458 static void
5459 arc_get_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag)
5460 {
5461         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
5462         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5463
5464         arc_adapt(size, state);
5465
5466         /*
5467          * If arc_size is currently overflowing, and has grown past our
5468          * upper limit, we must be adding data faster than the evict
5469          * thread can evict. Thus, to ensure we don't compound the
5470          * problem by adding more data and forcing arc_size to grow even
5471          * further past it's target size, we halt and wait for the
5472          * eviction thread to catch up.
5473          *
5474          * It's also possible that the reclaim thread is unable to evict
5475          * enough buffers to get arc_size below the overflow limit (e.g.
5476          * due to buffers being un-evictable, or hash lock collisions).
5477          * In this case, we want to proceed regardless if we're
5478          * overflowing; thus we don't use a while loop here.
5479          */
5480         if (arc_is_overflowing()) {
5481                 mutex_enter(&arc_reclaim_lock);
5482
5483                 /*
5484                  * Now that we've acquired the lock, we may no longer be
5485                  * over the overflow limit, lets check.
5486                  *
5487                  * We're ignoring the case of spurious wake ups. If that
5488                  * were to happen, it'd let this thread consume an ARC
5489                  * buffer before it should have (i.e. before we're under
5490                  * the overflow limit and were signalled by the reclaim
5491                  * thread). As long as that is a rare occurrence, it
5492                  * shouldn't cause any harm.
5493                  */
5494                 if (arc_is_overflowing()) {
5495                         cv_signal(&arc_reclaim_thread_cv);
5496                         cv_wait(&arc_reclaim_waiters_cv, &arc_reclaim_lock);
5497                 }
5498
5499                 mutex_exit(&arc_reclaim_lock);
5500         }
5501
5502         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
5503         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5504                 arc_space_consume(size, ARC_SPACE_META);
5505         } else {
5506                 arc_space_consume(size, ARC_SPACE_DATA);
5507         }
5508
5509         /*
5510          * Update the state size.  Note that ghost states have a
5511          * "ghost size" and so don't need to be updated.
5512          */
5513         if (!GHOST_STATE(state)) {
5514
5515                 (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_size, size, tag);
5516
5517                 /*
5518                  * If this is reached via arc_read, the link is
5519                  * protected by the hash lock. If reached via
5520                  * arc_buf_alloc, the header should not be accessed by
5521                  * any other thread. And, if reached via arc_read_done,
5522                  * the hash lock will protect it if it's found in the
5523                  * hash table; otherwise no other thread should be
5524                  * trying to [add|remove]_reference it.
5525                  */
5526                 if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
5527                         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
5528                         (void) zfs_refcount_add_many(&state->arcs_esize[type],
5529                             size, tag);
5530                 }
5531
5532                 /*
5533                  * If we are growing the cache, and we are adding anonymous
5534                  * data, and we have outgrown arc_p, update arc_p
5535                  */
5536                 if (aggsum_compare(&arc_size, arc_c) < 0 &&
5537                     hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon &&
5538                     (zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) +
5539                     zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_size) > arc_p))
5540                         arc_p = MIN(arc_c, arc_p + size);
5541         }
5542 }
5543
5544 static void
5545 arc_free_data_abd(arc_buf_hdr_t *hdr, abd_t *abd, uint64_t size, void *tag)
5546 {
5547         arc_free_data_impl(hdr, size, tag);
5548         abd_free(abd);
5549 }
5550
5551 static void
5552 arc_free_data_buf(arc_buf_hdr_t *hdr, void *buf, uint64_t size, void *tag)
5553 {
5554         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5555
5556         arc_free_data_impl(hdr, size, tag);
5557         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5558                 zio_buf_free(buf, size);
5559         } else {
5560                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5561                 zio_data_buf_free(buf, size);
5562         }
5563 }
5564
5565 /*
5566  * Free the arc data buffer.
5567  */
5568 static void
5569 arc_free_data_impl(arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t size, void *tag)
5570 {
5571         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
5572         arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
5573
5574         /* protected by hash lock, if in the hash table */
5575         if (multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node)) {
5576                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
5577                 ASSERT(state != arc_anon && state != arc_l2c_only);
5578
5579                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_esize[type],
5580                     size, tag);
5581         }
5582         (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size, size, tag);
5583
5584         VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
5585         if (type == ARC_BUFC_METADATA) {
5586                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_META);
5587         } else {
5588                 ASSERT(type == ARC_BUFC_DATA);
5589                 arc_space_return(size, ARC_SPACE_DATA);
5590         }
5591 }
5592
5593 /*
5594  * This routine is called whenever a buffer is accessed.
5595  * NOTE: the hash lock is dropped in this function.
5596  */
5597 static void
5598 arc_access(arc_buf_hdr_t *hdr, kmutex_t *hash_lock)
5599 {
5600         clock_t now;
5601
5602         ASSERT(MUTEX_HELD(hash_lock));
5603         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
5604
5605         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
5606                 /*
5607                  * This buffer is not in the cache, and does not
5608                  * appear in our "ghost" list.  Add the new buffer
5609                  * to the MRU state.
5610                  */
5611
5612                 ASSERT0(hdr->b_l1hdr.b_arc_access);
5613                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5614                 DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5615                 arc_change_state(arc_mru, hdr, hash_lock);
5616
5617         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru) {
5618                 now = ddi_get_lbolt();
5619
5620                 /*
5621                  * If this buffer is here because of a prefetch, then either:
5622                  * - clear the flag if this is a "referencing" read
5623                  *   (any subsequent access will bump this into the MFU state).
5624                  * or
5625                  * - move the buffer to the head of the list if this is
5626                  *   another prefetch (to make it less likely to be evicted).
5627                  */
5628                 if (HDR_PREFETCH(hdr) || HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)) {
5629                         if (zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 0) {
5630                                 /* link protected by hash lock */
5631                                 ASSERT(multilist_link_active(
5632                                     &hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
5633                         } else {
5634                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5635                                     ARC_FLAG_PREFETCH |
5636                                     ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5637                                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mru_hits);
5638                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
5639                         }
5640                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5641                         return;
5642                 }
5643
5644                 /*
5645                  * This buffer has been "accessed" only once so far,
5646                  * but it is still in the cache. Move it to the MFU
5647                  * state.
5648                  */
5649                 if (ddi_time_after(now, hdr->b_l1hdr.b_arc_access +
5650                     ARC_MINTIME)) {
5651                         /*
5652                          * More than 125ms have passed since we
5653                          * instantiated this buffer.  Move it to the
5654                          * most frequently used state.
5655                          */
5656                         hdr->b_l1hdr.b_arc_access = now;
5657                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5658                         arc_change_state(arc_mfu, hdr, hash_lock);
5659                 }
5660                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mru_hits);
5661                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_hits);
5662         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru_ghost) {
5663                 arc_state_t     *new_state;
5664                 /*
5665                  * This buffer has been "accessed" recently, but
5666                  * was evicted from the cache.  Move it to the
5667                  * MFU state.
5668                  */
5669
5670                 if (HDR_PREFETCH(hdr) || HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)) {
5671                         new_state = arc_mru;
5672                         if (zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) > 0) {
5673                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
5674                                     ARC_FLAG_PREFETCH |
5675                                     ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
5676                         }
5677                         DTRACE_PROBE1(new_state__mru, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5678                 } else {
5679                         new_state = arc_mfu;
5680                         DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5681                 }
5682
5683                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5684                 arc_change_state(new_state, hdr, hash_lock);
5685
5686                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits);
5687                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mru_ghost_hits);
5688         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu) {
5689                 /*
5690                  * This buffer has been accessed more than once and is
5691                  * still in the cache.  Keep it in the MFU state.
5692                  *
5693                  * NOTE: an add_reference() that occurred when we did
5694                  * the arc_read() will have kicked this off the list.
5695                  * If it was a prefetch, we will explicitly move it to
5696                  * the head of the list now.
5697                  */
5698
5699                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits);
5700                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_hits);
5701                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5702         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu_ghost) {
5703                 arc_state_t     *new_state = arc_mfu;
5704                 /*
5705                  * This buffer has been accessed more than once but has
5706                  * been evicted from the cache.  Move it back to the
5707                  * MFU state.
5708                  */
5709
5710                 if (HDR_PREFETCH(hdr) || HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr)) {
5711                         /*
5712                          * This is a prefetch access...
5713                          * move this block back to the MRU state.
5714                          */
5715                         new_state = arc_mru;
5716                 }
5717
5718                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5719                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5720                 arc_change_state(new_state, hdr, hash_lock);
5721
5722                 atomic_inc_32(&hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits);
5723                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_mfu_ghost_hits);
5724         } else if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_l2c_only) {
5725                 /*
5726                  * This buffer is on the 2nd Level ARC.
5727                  */
5728
5729                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = ddi_get_lbolt();
5730                 DTRACE_PROBE1(new_state__mfu, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5731                 arc_change_state(arc_mfu, hdr, hash_lock);
5732         } else {
5733                 cmn_err(CE_PANIC, "invalid arc state 0x%p",
5734                     hdr->b_l1hdr.b_state);
5735         }
5736 }
5737
5738 /*
5739  * This routine is called by dbuf_hold() to update the arc_access() state
5740  * which otherwise would be skipped for entries in the dbuf cache.
5741  */
5742 void
5743 arc_buf_access(arc_buf_t *buf)
5744 {
5745         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
5746         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
5747
5748         /*
5749          * Avoid taking the hash_lock when possible as an optimization.
5750          * The header must be checked again under the hash_lock in order
5751          * to handle the case where it is concurrently being released.
5752          */
5753         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY(hdr)) {
5754                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
5755                 return;
5756         }
5757
5758         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
5759         mutex_enter(hash_lock);
5760
5761         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon || HDR_EMPTY(hdr)) {
5762                 mutex_exit(hash_lock);
5763                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
5764                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_access_skip);
5765                 return;
5766         }
5767
5768         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
5769
5770         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru ||
5771             hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu);
5772
5773         DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
5774         arc_access(hdr, hash_lock);
5775         mutex_exit(hash_lock);
5776
5777         ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
5778         ARCSTAT_CONDSTAT(!HDR_PREFETCH(hdr) && !HDR_PRESCIENT_PREFETCH(hdr),
5779             demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr), data, metadata, hits);
5780 }
5781
5782 /* a generic arc_read_done_func_t which you can use */
5783 /* ARGSUSED */
5784 void
5785 arc_bcopy_func(zio_t *zio, const zbookmark_phys_t *zb, const blkptr_t *bp,
5786     arc_buf_t *buf, void *arg)
5787 {
5788         if (buf == NULL)
5789                 return;
5790
5791         bcopy(buf->b_data, arg, arc_buf_size(buf));
5792         arc_buf_destroy(buf, arg);
5793 }
5794
5795 /* a generic arc_read_done_func_t */
5796 /* ARGSUSED */
5797 void
5798 arc_getbuf_func(zio_t *zio, const zbookmark_phys_t *zb, const blkptr_t *bp,
5799     arc_buf_t *buf, void *arg)
5800 {
5801         arc_buf_t **bufp = arg;
5802
5803         if (buf == NULL) {
5804                 ASSERT(zio == NULL || zio->io_error != 0);
5805                 *bufp = NULL;
5806         } else {
5807                 ASSERT(zio == NULL || zio->io_error == 0);
5808                 *bufp = buf;
5809                 ASSERT(buf->b_data != NULL);
5810         }
5811 }
5812
5813 static void
5814 arc_hdr_verify(arc_buf_hdr_t *hdr, blkptr_t *bp)
5815 {
5816         if (BP_IS_HOLE(bp) || BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
5817                 ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), ==, 0);
5818                 ASSERT3U(arc_hdr_get_compress(hdr), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
5819         } else {
5820                 if (HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
5821                         ASSERT3U(arc_hdr_get_compress(hdr), ==,
5822                             BP_GET_COMPRESS(bp));
5823                 }
5824                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, BP_GET_LSIZE(bp));
5825                 ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), ==, BP_GET_PSIZE(bp));
5826                 ASSERT3U(!!HDR_PROTECTED(hdr), ==, BP_IS_PROTECTED(bp));
5827         }
5828 }
5829
5830 static void
5831 arc_read_done(zio_t *zio)
5832 {
5833         blkptr_t        *bp = zio->io_bp;
5834         arc_buf_hdr_t   *hdr = zio->io_private;
5835         kmutex_t        *hash_lock = NULL;
5836         arc_callback_t  *callback_list;
5837         arc_callback_t  *acb;
5838         boolean_t       freeable = B_FALSE;
5839
5840         /*
5841          * The hdr was inserted into hash-table and removed from lists
5842          * prior to starting I/O.  We should find this header, since
5843          * it's in the hash table, and it should be legit since it's
5844          * not possible to evict it during the I/O.  The only possible
5845          * reason for it not to be found is if we were freed during the
5846          * read.
5847          */
5848         if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr)) {
5849                 arc_buf_hdr_t *found;
5850
5851                 ASSERT3U(hdr->b_birth, ==, BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp));
5852                 ASSERT3U(hdr->b_dva.dva_word[0], ==,
5853                     BP_IDENTITY(zio->io_bp)->dva_word[0]);
5854                 ASSERT3U(hdr->b_dva.dva_word[1], ==,
5855                     BP_IDENTITY(zio->io_bp)->dva_word[1]);
5856
5857                 found = buf_hash_find(hdr->b_spa, zio->io_bp, &hash_lock);
5858
5859                 ASSERT((found == hdr &&
5860                     DVA_EQUAL(&hdr->b_dva, BP_IDENTITY(zio->io_bp))) ||
5861                     (found == hdr && HDR_L2_READING(hdr)));
5862                 ASSERT3P(hash_lock, !=, NULL);
5863         }
5864
5865         if (BP_IS_PROTECTED(bp)) {
5866                 hdr->b_crypt_hdr.b_ot = BP_GET_TYPE(bp);
5867                 hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = zio->io_bookmark.zb_objset;
5868                 zio_crypt_decode_params_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
5869                     hdr->b_crypt_hdr.b_iv);
5870
5871                 if (BP_GET_TYPE(bp) == DMU_OT_INTENT_LOG) {
5872                         void *tmpbuf;
5873
5874                         tmpbuf = abd_borrow_buf_copy(zio->io_abd,
5875                             sizeof (zil_chain_t));
5876                         zio_crypt_decode_mac_zil(tmpbuf,
5877                             hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
5878                         abd_return_buf(zio->io_abd, tmpbuf,
5879                             sizeof (zil_chain_t));
5880                 } else {
5881                         zio_crypt_decode_mac_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
5882                 }
5883         }
5884
5885         if (zio->io_error == 0) {
5886                 /* byteswap if necessary */
5887                 if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp)) {
5888                         if (BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) > 0) {
5889                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_UINT64;
5890                         } else {
5891                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap =
5892                                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(zio->io_bp));
5893                         }
5894                 } else {
5895                         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
5896                 }
5897         }
5898
5899         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_EVICTED);
5900         if (l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))
5901                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
5902
5903         callback_list = hdr->b_l1hdr.b_acb;
5904         ASSERT3P(callback_list, !=, NULL);
5905
5906         if (hash_lock && zio->io_error == 0 &&
5907             hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
5908                 /*
5909                  * Only call arc_access on anonymous buffers.  This is because
5910                  * if we've issued an I/O for an evicted buffer, we've already
5911                  * called arc_access (to prevent any simultaneous readers from
5912                  * getting confused).
5913                  */
5914                 arc_access(hdr, hash_lock);
5915         }
5916
5917         /*
5918          * If a read request has a callback (i.e. acb_done is not NULL), then we
5919          * make a buf containing the data according to the parameters which were
5920          * passed in. The implementation of arc_buf_alloc_impl() ensures that we
5921          * aren't needlessly decompressing the data multiple times.
5922          */
5923         int callback_cnt = 0;
5924         for (acb = callback_list; acb != NULL; acb = acb->acb_next) {
5925                 if (!acb->acb_done)
5926                         continue;
5927
5928                 callback_cnt++;
5929
5930                 if (zio->io_error != 0)
5931                         continue;
5932
5933                 int error = arc_buf_alloc_impl(hdr, zio->io_spa,
5934                     &acb->acb_zb, acb->acb_private, acb->acb_encrypted,
5935                     acb->acb_compressed, acb->acb_noauth, B_TRUE,
5936                     &acb->acb_buf);
5937
5938                 /*
5939                  * Assert non-speculative zios didn't fail because an
5940                  * encryption key wasn't loaded
5941                  */
5942                 ASSERT((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) ||
5943                     error != EACCES);
5944
5945                 /*
5946                  * If we failed to decrypt, report an error now (as the zio
5947                  * layer would have done if it had done the transforms).
5948                  */
5949                 if (error == ECKSUM) {
5950                         ASSERT(BP_IS_PROTECTED(bp));
5951                         error = SET_ERROR(EIO);
5952                         if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) == 0) {
5953                                 spa_log_error(zio->io_spa, &acb->acb_zb);
5954                                 zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
5955                                     zio->io_spa, NULL, &acb->acb_zb, zio, 0, 0);
5956                         }
5957                 }
5958
5959                 if (error != 0) {
5960                         /*
5961                          * Decompression or decryption failed.  Set
5962                          * io_error so that when we call acb_done
5963                          * (below), we will indicate that the read
5964                          * failed. Note that in the unusual case
5965                          * where one callback is compressed and another
5966                          * uncompressed, we will mark all of them
5967                          * as failed, even though the uncompressed
5968                          * one can't actually fail.  In this case,
5969                          * the hdr will not be anonymous, because
5970                          * if there are multiple callbacks, it's
5971                          * because multiple threads found the same
5972                          * arc buf in the hash table.
5973                          */
5974                         zio->io_error = error;
5975                 }
5976         }
5977
5978         /*
5979          * If there are multiple callbacks, we must have the hash lock,
5980          * because the only way for multiple threads to find this hdr is
5981          * in the hash table.  This ensures that if there are multiple
5982          * callbacks, the hdr is not anonymous.  If it were anonymous,
5983          * we couldn't use arc_buf_destroy() in the error case below.
5984          */
5985         ASSERT(callback_cnt < 2 || hash_lock != NULL);
5986
5987         hdr->b_l1hdr.b_acb = NULL;
5988         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
5989         if (callback_cnt == 0)
5990                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL || HDR_HAS_RABD(hdr));
5991
5992         ASSERT(zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) ||
5993             callback_list != NULL);
5994
5995         if (zio->io_error == 0) {
5996                 arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
5997         } else {
5998                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_ERROR);
5999                 if (hdr->b_l1hdr.b_state != arc_anon)
6000                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
6001                 if (HDR_IN_HASH_TABLE(hdr))
6002                         buf_hash_remove(hdr);
6003                 freeable = zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
6004         }
6005
6006         /*
6007          * Broadcast before we drop the hash_lock to avoid the possibility
6008          * that the hdr (and hence the cv) might be freed before we get to
6009          * the cv_broadcast().
6010          */
6011         cv_broadcast(&hdr->b_l1hdr.b_cv);
6012
6013         if (hash_lock != NULL) {
6014                 mutex_exit(hash_lock);
6015         } else {
6016                 /*
6017                  * This block was freed while we waited for the read to
6018                  * complete.  It has been removed from the hash table and
6019                  * moved to the anonymous state (so that it won't show up
6020                  * in the cache).
6021                  */
6022                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_state, ==, arc_anon);
6023                 freeable = zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt);
6024         }
6025
6026         /* execute each callback and free its structure */
6027         while ((acb = callback_list) != NULL) {
6028                 if (acb->acb_done != NULL) {
6029                         if (zio->io_error != 0 && acb->acb_buf != NULL) {
6030                                 /*
6031                                  * If arc_buf_alloc_impl() fails during
6032                                  * decompression, the buf will still be
6033                                  * allocated, and needs to be freed here.
6034                                  */
6035                                 arc_buf_destroy(acb->acb_buf,
6036                                     acb->acb_private);
6037                                 acb->acb_buf = NULL;
6038                         }
6039                         acb->acb_done(zio, &zio->io_bookmark, zio->io_bp,
6040                             acb->acb_buf, acb->acb_private);
6041                 }
6042
6043                 if (acb->acb_zio_dummy != NULL) {
6044                         acb->acb_zio_dummy->io_error = zio->io_error;
6045                         zio_nowait(acb->acb_zio_dummy);
6046                 }
6047
6048                 callback_list = acb->acb_next;
6049                 kmem_free(acb, sizeof (arc_callback_t));
6050         }
6051
6052         if (freeable)
6053                 arc_hdr_destroy(hdr);
6054 }
6055
6056 /*
6057  * "Read" the block at the specified DVA (in bp) via the
6058  * cache.  If the block is found in the cache, invoke the provided
6059  * callback immediately and return.  Note that the `zio' parameter
6060  * in the callback will be NULL in this case, since no IO was
6061  * required.  If the block is not in the cache pass the read request
6062  * on to the spa with a substitute callback function, so that the
6063  * requested block will be added to the cache.
6064  *
6065  * If a read request arrives for a block that has a read in-progress,
6066  * either wait for the in-progress read to complete (and return the
6067  * results); or, if this is a read with a "done" func, add a record
6068  * to the read to invoke the "done" func when the read completes,
6069  * and return; or just return.
6070  *
6071  * arc_read_done() will invoke all the requested "done" functions
6072  * for readers of this block.
6073  */
6074 int
6075 arc_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
6076     arc_read_done_func_t *done, void *private, zio_priority_t priority,
6077     int zio_flags, arc_flags_t *arc_flags, const zbookmark_phys_t *zb)
6078 {
6079         arc_buf_hdr_t *hdr = NULL;
6080         kmutex_t *hash_lock = NULL;
6081         zio_t *rzio;
6082         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
6083         boolean_t compressed_read = (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS) != 0;
6084         boolean_t encrypted_read = BP_IS_ENCRYPTED(bp) &&
6085             (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT) != 0;
6086         boolean_t noauth_read = BP_IS_AUTHENTICATED(bp) &&
6087             (zio_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT) != 0;
6088         int rc = 0;
6089
6090         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp) ||
6091             BPE_GET_ETYPE(bp) == BP_EMBEDDED_TYPE_DATA);
6092
6093 top:
6094         if (!BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
6095                 /*
6096                  * Embedded BP's have no DVA and require no I/O to "read".
6097                  * Create an anonymous arc buf to back it.
6098                  */
6099                 hdr = buf_hash_find(guid, bp, &hash_lock);
6100         }
6101
6102         /*
6103          * Determine if we have an L1 cache hit or a cache miss. For simplicity
6104          * we maintain encrypted data seperately from compressed / uncompressed
6105          * data. If the user is requesting raw encrypted data and we don't have
6106          * that in the header we will read from disk to guarantee that we can
6107          * get it even if the encryption keys aren't loaded.
6108          */
6109         if (hdr != NULL && HDR_HAS_L1HDR(hdr) && (HDR_HAS_RABD(hdr) ||
6110             (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL && !encrypted_read))) {
6111                 arc_buf_t *buf = NULL;
6112                 *arc_flags |= ARC_FLAG_CACHED;
6113
6114                 if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
6115                         zio_t *head_zio = hdr->b_l1hdr.b_acb->acb_zio_head;
6116
6117                         ASSERT3P(head_zio, !=, NULL);
6118                         if ((hdr->b_flags & ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ) &&
6119                             priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_READ) {
6120                                 /*
6121                                  * This is a sync read that needs to wait for
6122                                  * an in-flight async read. Request that the
6123                                  * zio have its priority upgraded.
6124                                  */
6125                                 zio_change_priority(head_zio, priority);
6126                                 DTRACE_PROBE1(arc__async__upgrade__sync,
6127                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
6128                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_async_upgrade_sync);
6129                         }
6130                         if (hdr->b_flags & ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH) {
6131                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
6132                                     ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH);
6133                         }
6134
6135                         if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
6136                                 cv_wait(&hdr->b_l1hdr.b_cv, hash_lock);
6137                                 mutex_exit(hash_lock);
6138                                 goto top;
6139                         }
6140                         ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT);
6141
6142                         if (done) {
6143                                 arc_callback_t *acb = NULL;
6144
6145                                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t),
6146                                     KM_SLEEP);
6147                                 acb->acb_done = done;
6148                                 acb->acb_private = private;
6149                                 acb->acb_compressed = compressed_read;
6150                                 acb->acb_encrypted = encrypted_read;
6151                                 acb->acb_noauth = noauth_read;
6152                                 acb->acb_zb = *zb;
6153                                 if (pio != NULL)
6154                                         acb->acb_zio_dummy = zio_null(pio,
6155                                             spa, NULL, NULL, NULL, zio_flags);
6156
6157                                 ASSERT3P(acb->acb_done, !=, NULL);
6158                                 acb->acb_zio_head = head_zio;
6159                                 acb->acb_next = hdr->b_l1hdr.b_acb;
6160                                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
6161                                 mutex_exit(hash_lock);
6162                                 goto out;
6163                         }
6164                         mutex_exit(hash_lock);
6165                         goto out;
6166                 }
6167
6168                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mru ||
6169                     hdr->b_l1hdr.b_state == arc_mfu);
6170
6171                 if (done) {
6172                         if (hdr->b_flags & ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH) {
6173                                 /*
6174                                  * This is a demand read which does not have to
6175                                  * wait for i/o because we did a predictive
6176                                  * prefetch i/o for it, which has completed.
6177                                  */
6178                                 DTRACE_PROBE1(
6179                                     arc__demand__hit__predictive__prefetch,
6180                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
6181                                 ARCSTAT_BUMP(
6182                                     arcstat_demand_hit_predictive_prefetch);
6183                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
6184                                     ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH);
6185                         }
6186
6187                         if (hdr->b_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH) {
6188                                 ARCSTAT_BUMP(
6189                                     arcstat_demand_hit_prescient_prefetch);
6190                                 arc_hdr_clear_flags(hdr,
6191                                     ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
6192                         }
6193
6194                         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp) || !BP_IS_HOLE(bp));
6195
6196                         /* Get a buf with the desired data in it. */
6197                         rc = arc_buf_alloc_impl(hdr, spa, zb, private,
6198                             encrypted_read, compressed_read, noauth_read,
6199                             B_TRUE, &buf);
6200                         if (rc == ECKSUM) {
6201                                 /*
6202                                  * Convert authentication and decryption errors
6203                                  * to EIO (and generate an ereport if needed)
6204                                  * before leaving the ARC.
6205                                  */
6206                                 rc = SET_ERROR(EIO);
6207                                 if ((zio_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) == 0) {
6208                                         spa_log_error(spa, zb);
6209                                         zfs_ereport_post(
6210                                             FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
6211                                             spa, NULL, zb, NULL, 0, 0);
6212                                 }
6213                         }
6214                         if (rc != 0) {
6215                                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock,
6216                                     private);
6217                                 arc_buf_destroy_impl(buf);
6218                                 buf = NULL;
6219                         }
6220
6221                         /* assert any errors weren't due to unloaded keys */
6222                         ASSERT((zio_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) ||
6223                             rc != EACCES);
6224                 } else if (*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH &&
6225                     zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 0) {
6226                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
6227                 }
6228                 DTRACE_PROBE1(arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
6229                 arc_access(hdr, hash_lock);
6230                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
6231                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
6232                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
6233                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
6234                 mutex_exit(hash_lock);
6235                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_hits);
6236                 ARCSTAT_CONDSTAT(!HDR_PREFETCH(hdr),
6237                     demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr),
6238                     data, metadata, hits);
6239
6240                 if (done)
6241                         done(NULL, zb, bp, buf, private);
6242         } else {
6243                 uint64_t lsize = BP_GET_LSIZE(bp);
6244                 uint64_t psize = BP_GET_PSIZE(bp);
6245                 arc_callback_t *acb;
6246                 vdev_t *vd = NULL;
6247                 uint64_t addr = 0;
6248                 boolean_t devw = B_FALSE;
6249                 uint64_t size;
6250                 abd_t *hdr_abd;
6251
6252                 /*
6253                  * Gracefully handle a damaged logical block size as a
6254                  * checksum error.
6255                  */
6256                 if (lsize > spa_maxblocksize(spa)) {
6257                         rc = SET_ERROR(ECKSUM);
6258                         goto out;
6259                 }
6260
6261                 if (hdr == NULL) {
6262                         /* this block is not in the cache */
6263                         arc_buf_hdr_t *exists = NULL;
6264                         arc_buf_contents_t type = BP_GET_BUFC_TYPE(bp);
6265                         hdr = arc_hdr_alloc(spa_load_guid(spa), psize, lsize,
6266                             BP_IS_PROTECTED(bp), BP_GET_COMPRESS(bp), type,
6267                             encrypted_read);
6268
6269                         if (!BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
6270                                 hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(bp);
6271                                 hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(bp);
6272                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
6273                         }
6274                         if (exists != NULL) {
6275                                 /* somebody beat us to the hash insert */
6276                                 mutex_exit(hash_lock);
6277                                 buf_discard_identity(hdr);
6278                                 arc_hdr_destroy(hdr);
6279                                 goto top; /* restart the IO request */
6280                         }
6281                 } else {
6282                         /*
6283                          * This block is in the ghost cache or encrypted data
6284                          * was requested and we didn't have it. If it was
6285                          * L2-only (and thus didn't have an L1 hdr),
6286                          * we realloc the header to add an L1 hdr.
6287                          */
6288                         if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
6289                                 hdr = arc_hdr_realloc(hdr, hdr_l2only_cache,
6290                                     hdr_full_cache);
6291                         }
6292
6293                         if (GHOST_STATE(hdr->b_l1hdr.b_state)) {
6294                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
6295                                 ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
6296                                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6297                                 ASSERT0(zfs_refcount_count(
6298                                     &hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6299                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
6300                                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_freeze_cksum, ==, NULL);
6301                         } else if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr)) {
6302                                 /*
6303                                  * If this header already had an IO in progress
6304                                  * and we are performing another IO to fetch
6305                                  * encrypted data we must wait until the first
6306                                  * IO completes so as not to confuse
6307                                  * arc_read_done(). This should be very rare
6308                                  * and so the performance impact shouldn't
6309                                  * matter.
6310                                  */
6311                                 cv_wait(&hdr->b_l1hdr.b_cv, hash_lock);
6312                                 mutex_exit(hash_lock);
6313                                 goto top;
6314                         }
6315
6316                         /*
6317                          * This is a delicate dance that we play here.
6318                          * This hdr might be in the ghost list so we access
6319                          * it to move it out of the ghost list before we
6320                          * initiate the read. If it's a prefetch then
6321                          * it won't have a callback so we'll remove the
6322                          * reference that arc_buf_alloc_impl() created. We
6323                          * do this after we've called arc_access() to
6324                          * avoid hitting an assert in remove_reference().
6325                          */
6326                         arc_access(hdr, hash_lock);
6327                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, encrypted_read);
6328                 }
6329
6330                 if (encrypted_read) {
6331                         ASSERT(HDR_HAS_RABD(hdr));
6332                         size = HDR_GET_PSIZE(hdr);
6333                         hdr_abd = hdr->b_crypt_hdr.b_rabd;
6334                         zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW;
6335                 } else {
6336                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
6337                         size = arc_hdr_size(hdr);
6338                         hdr_abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
6339
6340                         if (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
6341                                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS;
6342                         }
6343
6344                         /*
6345                          * For authenticated bp's, we do not ask the ZIO layer
6346                          * to authenticate them since this will cause the entire
6347                          * IO to fail if the key isn't loaded. Instead, we
6348                          * defer authentication until arc_buf_fill(), which will
6349                          * verify the data when the key is available.
6350                          */
6351                         if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp))
6352                                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT;
6353                 }
6354
6355                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PREFETCH &&
6356                     zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt))
6357                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREFETCH);
6358                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH)
6359                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRESCIENT_PREFETCH);
6360                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_L2CACHE)
6361                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
6362                 if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp))
6363                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_NOAUTH);
6364                 if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0)
6365                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_INDIRECT);
6366                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH)
6367                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PREDICTIVE_PREFETCH);
6368                 ASSERT(!GHOST_STATE(hdr->b_l1hdr.b_state));
6369
6370                 acb = kmem_zalloc(sizeof (arc_callback_t), KM_SLEEP);
6371                 acb->acb_done = done;
6372                 acb->acb_private = private;
6373                 acb->acb_compressed = compressed_read;
6374                 acb->acb_encrypted = encrypted_read;
6375                 acb->acb_noauth = noauth_read;
6376                 acb->acb_zb = *zb;
6377
6378                 ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
6379                 hdr->b_l1hdr.b_acb = acb;
6380                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6381
6382                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) &&
6383                     (vd = hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_vdev) != NULL) {
6384                         devw = hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_writing;
6385                         addr = hdr->b_l2hdr.b_daddr;
6386                         /*
6387                          * Lock out L2ARC device removal.
6388                          */
6389                         if (vdev_is_dead(vd) ||
6390                             !spa_config_tryenter(spa, SCL_L2ARC, vd, RW_READER))
6391                                 vd = NULL;
6392                 }
6393
6394                 /*
6395                  * We count both async reads and scrub IOs as asynchronous so
6396                  * that both can be upgraded in the event of a cache hit while
6397                  * the read IO is still in-flight.
6398                  */
6399                 if (priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_READ ||
6400                     priority == ZIO_PRIORITY_SCRUB)
6401                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ);
6402                 else
6403                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_PRIO_ASYNC_READ);
6404
6405                 /*
6406                  * At this point, we have a level 1 cache miss.  Try again in
6407                  * L2ARC if possible.
6408                  */
6409                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, lsize);
6410
6411                 DTRACE_PROBE4(arc__miss, arc_buf_hdr_t *, hdr, blkptr_t *, bp,
6412                     uint64_t, lsize, zbookmark_phys_t *, zb);
6413                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_misses);
6414                 ARCSTAT_CONDSTAT(!HDR_PREFETCH(hdr),
6415                     demand, prefetch, !HDR_ISTYPE_METADATA(hdr),
6416                     data, metadata, misses);
6417
6418                 if (vd != NULL && l2arc_ndev != 0 && !(l2arc_norw && devw)) {
6419                         /*
6420                          * Read from the L2ARC if the following are true:
6421                          * 1. The L2ARC vdev was previously cached.
6422                          * 2. This buffer still has L2ARC metadata.
6423                          * 3. This buffer isn't currently writing to the L2ARC.
6424                          * 4. The L2ARC entry wasn't evicted, which may
6425                          *    also have invalidated the vdev.
6426                          * 5. This isn't prefetch and l2arc_noprefetch is set.
6427                          */
6428                         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr) &&
6429                             !HDR_L2_WRITING(hdr) && !HDR_L2_EVICTED(hdr) &&
6430                             !(l2arc_noprefetch && HDR_PREFETCH(hdr))) {
6431                                 l2arc_read_callback_t *cb;
6432                                 abd_t *abd;
6433                                 uint64_t asize;
6434
6435                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__hit, arc_buf_hdr_t *, hdr);
6436                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_hits);
6437                                 atomic_inc_32(&hdr->b_l2hdr.b_hits);
6438
6439                                 cb = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_read_callback_t),
6440                                     KM_SLEEP);
6441                                 cb->l2rcb_hdr = hdr;
6442                                 cb->l2rcb_bp = *bp;
6443                                 cb->l2rcb_zb = *zb;
6444                                 cb->l2rcb_flags = zio_flags;
6445
6446                                 asize = vdev_psize_to_asize(vd, size);
6447                                 if (asize != size) {
6448                                         abd = abd_alloc_for_io(asize,
6449                                             HDR_ISTYPE_METADATA(hdr));
6450                                         cb->l2rcb_abd = abd;
6451                                 } else {
6452                                         abd = hdr_abd;
6453                                 }
6454
6455                                 ASSERT(addr >= VDEV_LABEL_START_SIZE &&
6456                                     addr + asize <= vd->vdev_psize -
6457                                     VDEV_LABEL_END_SIZE);
6458
6459                                 /*
6460                                  * l2arc read.  The SCL_L2ARC lock will be
6461                                  * released by l2arc_read_done().
6462                                  * Issue a null zio if the underlying buffer
6463                                  * was squashed to zero size by compression.
6464                                  */
6465                                 ASSERT3U(arc_hdr_get_compress(hdr), !=,
6466                                     ZIO_COMPRESS_EMPTY);
6467                                 rzio = zio_read_phys(pio, vd, addr,
6468                                     asize, abd,
6469                                     ZIO_CHECKSUM_OFF,
6470                                     l2arc_read_done, cb, priority,
6471                                     zio_flags | ZIO_FLAG_DONT_CACHE |
6472                                     ZIO_FLAG_CANFAIL |
6473                                     ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE |
6474                                     ZIO_FLAG_DONT_RETRY, B_FALSE);
6475                                 acb->acb_zio_head = rzio;
6476
6477                                 if (hash_lock != NULL)
6478                                         mutex_exit(hash_lock);
6479
6480                                 DTRACE_PROBE2(l2arc__read, vdev_t *, vd,
6481                                     zio_t *, rzio);
6482                                 ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_read_bytes,
6483                                     HDR_GET_PSIZE(hdr));
6484
6485                                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT) {
6486                                         zio_nowait(rzio);
6487                                         goto out;
6488                                 }
6489
6490                                 ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT);
6491                                 if (zio_wait(rzio) == 0)
6492                                         goto out;
6493
6494                                 /* l2arc read error; goto zio_read() */
6495                                 if (hash_lock != NULL)
6496                                         mutex_enter(hash_lock);
6497                         } else {
6498                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
6499                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
6500                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
6501                                 if (HDR_L2_WRITING(hdr))
6502                                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_rw_clash);
6503                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
6504                         }
6505                 } else {
6506                         if (vd != NULL)
6507                                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, vd);
6508                         if (l2arc_ndev != 0) {
6509                                 DTRACE_PROBE1(l2arc__miss,
6510                                     arc_buf_hdr_t *, hdr);
6511                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_misses);
6512                         }
6513                 }
6514
6515                 rzio = zio_read(pio, spa, bp, hdr_abd, size,
6516                     arc_read_done, hdr, priority, zio_flags, zb);
6517                 acb->acb_zio_head = rzio;
6518
6519                 if (hash_lock != NULL)
6520                         mutex_exit(hash_lock);
6521
6522                 if (*arc_flags & ARC_FLAG_WAIT) {
6523                         rc = zio_wait(rzio);
6524                         goto out;
6525                 }
6526
6527                 ASSERT(*arc_flags & ARC_FLAG_NOWAIT);
6528                 zio_nowait(rzio);
6529         }
6530
6531 out:
6532         /* embedded bps don't actually go to disk */
6533         if (!BP_IS_EMBEDDED(bp))
6534                 spa_read_history_add(spa, zb, *arc_flags);
6535         return (rc);
6536 }
6537
6538 arc_prune_t *
6539 arc_add_prune_callback(arc_prune_func_t *func, void *private)
6540 {
6541         arc_prune_t *p;
6542
6543         p = kmem_alloc(sizeof (*p), KM_SLEEP);
6544         p->p_pfunc = func;
6545         p->p_private = private;
6546         list_link_init(&p->p_node);
6547         zfs_refcount_create(&p->p_refcnt);
6548
6549         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
6550         zfs_refcount_add(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
6551         list_insert_head(&arc_prune_list, p);
6552         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
6553
6554         return (p);
6555 }
6556
6557 void
6558 arc_remove_prune_callback(arc_prune_t *p)
6559 {
6560         boolean_t wait = B_FALSE;
6561         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
6562         list_remove(&arc_prune_list, p);
6563         if (zfs_refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list) > 0)
6564                 wait = B_TRUE;
6565         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
6566
6567         /* wait for arc_prune_task to finish */
6568         if (wait)
6569                 taskq_wait_outstanding(arc_prune_taskq, 0);
6570         ASSERT0(zfs_refcount_count(&p->p_refcnt));
6571         zfs_refcount_destroy(&p->p_refcnt);
6572         kmem_free(p, sizeof (*p));
6573 }
6574
6575 /*
6576  * Notify the arc that a block was freed, and thus will never be used again.
6577  */
6578 void
6579 arc_freed(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
6580 {
6581         arc_buf_hdr_t *hdr;
6582         kmutex_t *hash_lock;
6583         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
6584
6585         ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp));
6586
6587         hdr = buf_hash_find(guid, bp, &hash_lock);
6588         if (hdr == NULL)
6589                 return;
6590
6591         /*
6592          * We might be trying to free a block that is still doing I/O
6593          * (i.e. prefetch) or has a reference (i.e. a dedup-ed,
6594          * dmu_sync-ed block). If this block is being prefetched, then it
6595          * would still have the ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS flag set on the hdr
6596          * until the I/O completes. A block may also have a reference if it is
6597          * part of a dedup-ed, dmu_synced write. The dmu_sync() function would
6598          * have written the new block to its final resting place on disk but
6599          * without the dedup flag set. This would have left the hdr in the MRU
6600          * state and discoverable. When the txg finally syncs it detects that
6601          * the block was overridden in open context and issues an override I/O.
6602          * Since this is a dedup block, the override I/O will determine if the
6603          * block is already in the DDT. If so, then it will replace the io_bp
6604          * with the bp from the DDT and allow the I/O to finish. When the I/O
6605          * reaches the done callback, dbuf_write_override_done, it will
6606          * check to see if the io_bp and io_bp_override are identical.
6607          * If they are not, then it indicates that the bp was replaced with
6608          * the bp in the DDT and the override bp is freed. This allows
6609          * us to arrive here with a reference on a block that is being
6610          * freed. So if we have an I/O in progress, or a reference to
6611          * this hdr, then we don't destroy the hdr.
6612          */
6613         if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr) || (!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) &&
6614             zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt))) {
6615                 arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
6616                 arc_hdr_destroy(hdr);
6617                 mutex_exit(hash_lock);
6618         } else {
6619                 mutex_exit(hash_lock);
6620         }
6621
6622 }
6623
6624 /*
6625  * Release this buffer from the cache, making it an anonymous buffer.  This
6626  * must be done after a read and prior to modifying the buffer contents.
6627  * If the buffer has more than one reference, we must make
6628  * a new hdr for the buffer.
6629  */
6630 void
6631 arc_release(arc_buf_t *buf, void *tag)
6632 {
6633         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6634
6635         /*
6636          * It would be nice to assert that if its DMU metadata (level >
6637          * 0 || it's the dnode file), then it must be syncing context.
6638          * But we don't know that information at this level.
6639          */
6640
6641         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
6642
6643         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
6644
6645         /*
6646          * We don't grab the hash lock prior to this check, because if
6647          * the buffer's header is in the arc_anon state, it won't be
6648          * linked into the hash table.
6649          */
6650         if (hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon) {
6651                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6652                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6653                 ASSERT(!HDR_IN_HASH_TABLE(hdr));
6654                 ASSERT(!HDR_HAS_L2HDR(hdr));
6655                 ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
6656
6657                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, ==, 1);
6658                 ASSERT3S(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt), ==, 1);
6659                 ASSERT(!list_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
6660
6661                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
6662
6663                 /*
6664                  * If the buf is being overridden then it may already
6665                  * have a hdr that is not empty.
6666                  */
6667                 buf_discard_identity(hdr);
6668                 arc_buf_thaw(buf);
6669
6670                 return;
6671         }
6672
6673         kmutex_t *hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
6674         mutex_enter(hash_lock);
6675
6676         /*
6677          * This assignment is only valid as long as the hash_lock is
6678          * held, we must be careful not to reference state or the
6679          * b_state field after dropping the lock.
6680          */
6681         arc_state_t *state = hdr->b_l1hdr.b_state;
6682         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
6683         ASSERT3P(state, !=, arc_anon);
6684
6685         /* this buffer is not on any list */
6686         ASSERT3S(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt), >, 0);
6687
6688         if (HDR_HAS_L2HDR(hdr)) {
6689                 mutex_enter(&hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_mtx);
6690
6691                 /*
6692                  * We have to recheck this conditional again now that
6693                  * we're holding the l2ad_mtx to prevent a race with
6694                  * another thread which might be concurrently calling
6695                  * l2arc_evict(). In that case, l2arc_evict() might have
6696                  * destroyed the header's L2 portion as we were waiting
6697                  * to acquire the l2ad_mtx.
6698                  */
6699                 if (HDR_HAS_L2HDR(hdr))
6700                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
6701
6702                 mutex_exit(&hdr->b_l2hdr.b_dev->l2ad_mtx);
6703         }
6704
6705         /*
6706          * Do we have more than one buf?
6707          */
6708         if (hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 1) {
6709                 arc_buf_hdr_t *nhdr;
6710                 uint64_t spa = hdr->b_spa;
6711                 uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
6712                 uint64_t lsize = HDR_GET_LSIZE(hdr);
6713                 boolean_t protected = HDR_PROTECTED(hdr);
6714                 enum zio_compress compress = arc_hdr_get_compress(hdr);
6715                 arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
6716                 VERIFY3U(hdr->b_type, ==, type);
6717
6718                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_buf != buf || buf->b_next != NULL);
6719                 (void) remove_reference(hdr, hash_lock, tag);
6720
6721                 if (arc_buf_is_shared(buf) && !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
6722                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, buf);
6723                         ASSERT(ARC_BUF_LAST(buf));
6724                 }
6725
6726                 /*
6727                  * Pull the data off of this hdr and attach it to
6728                  * a new anonymous hdr. Also find the last buffer
6729                  * in the hdr's buffer list.
6730                  */
6731                 arc_buf_t *lastbuf = arc_buf_remove(hdr, buf);
6732                 ASSERT3P(lastbuf, !=, NULL);
6733
6734                 /*
6735                  * If the current arc_buf_t and the hdr are sharing their data
6736                  * buffer, then we must stop sharing that block.
6737                  */
6738                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6739                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_buf, !=, buf);
6740                         VERIFY(!arc_buf_is_shared(lastbuf));
6741
6742                         /*
6743                          * First, sever the block sharing relationship between
6744                          * buf and the arc_buf_hdr_t.
6745                          */
6746                         arc_unshare_buf(hdr, buf);
6747
6748                         /*
6749                          * Now we need to recreate the hdr's b_pabd. Since we
6750                          * have lastbuf handy, we try to share with it, but if
6751                          * we can't then we allocate a new b_pabd and copy the
6752                          * data from buf into it.
6753                          */
6754                         if (arc_can_share(hdr, lastbuf)) {
6755                                 arc_share_buf(hdr, lastbuf);
6756                         } else {
6757                                 arc_hdr_alloc_abd(hdr, B_FALSE);
6758                                 abd_copy_from_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
6759                                     buf->b_data, psize);
6760                         }
6761                         VERIFY3P(lastbuf->b_data, !=, NULL);
6762                 } else if (HDR_SHARED_DATA(hdr)) {
6763                         /*
6764                          * Uncompressed shared buffers are always at the end
6765                          * of the list. Compressed buffers don't have the
6766                          * same requirements. This makes it hard to
6767                          * simply assert that the lastbuf is shared so
6768                          * we rely on the hdr's compression flags to determine
6769                          * if we have a compressed, shared buffer.
6770                          */
6771                         ASSERT(arc_buf_is_shared(lastbuf) ||
6772                             arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF);
6773                         ASSERT(!ARC_BUF_SHARED(buf));
6774                 }
6775
6776                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL || HDR_HAS_RABD(hdr));
6777                 ASSERT3P(state, !=, arc_l2c_only);
6778
6779                 (void) zfs_refcount_remove_many(&state->arcs_size,
6780                     arc_buf_size(buf), buf);
6781
6782                 if (zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt)) {
6783                         ASSERT3P(state, !=, arc_l2c_only);
6784                         (void) zfs_refcount_remove_many(
6785                             &state->arcs_esize[type],
6786                             arc_buf_size(buf), buf);
6787                 }
6788
6789                 hdr->b_l1hdr.b_bufcnt -= 1;
6790                 if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf))
6791                         hdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt -= 1;
6792
6793                 arc_cksum_verify(buf);
6794                 arc_buf_unwatch(buf);
6795
6796                 /* if this is the last uncompressed buf free the checksum */
6797                 if (!arc_hdr_has_uncompressed_buf(hdr))
6798                         arc_cksum_free(hdr);
6799
6800                 mutex_exit(hash_lock);
6801
6802                 /*
6803                  * Allocate a new hdr. The new hdr will contain a b_pabd
6804                  * buffer which will be freed in arc_write().
6805                  */
6806                 nhdr = arc_hdr_alloc(spa, psize, lsize, protected,
6807                     compress, type, HDR_HAS_RABD(hdr));
6808                 ASSERT3P(nhdr->b_l1hdr.b_buf, ==, NULL);
6809                 ASSERT0(nhdr->b_l1hdr.b_bufcnt);
6810                 ASSERT0(zfs_refcount_count(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6811                 VERIFY3U(nhdr->b_type, ==, type);
6812                 ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(nhdr));
6813
6814                 nhdr->b_l1hdr.b_buf = buf;
6815                 nhdr->b_l1hdr.b_bufcnt = 1;
6816                 if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf))
6817                         nhdr->b_crypt_hdr.b_ebufcnt = 1;
6818                 nhdr->b_l1hdr.b_mru_hits = 0;
6819                 nhdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = 0;
6820                 nhdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = 0;
6821                 nhdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = 0;
6822                 nhdr->b_l1hdr.b_l2_hits = 0;
6823                 (void) zfs_refcount_add(&nhdr->b_l1hdr.b_refcnt, tag);
6824                 buf->b_hdr = nhdr;
6825
6826                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6827                 (void) zfs_refcount_add_many(&arc_anon->arcs_size,
6828                     HDR_GET_LSIZE(nhdr), buf);
6829         } else {
6830                 mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6831                 ASSERT(zfs_refcount_count(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt) == 1);
6832                 /* protected by hash lock, or hdr is on arc_anon */
6833                 ASSERT(!multilist_link_active(&hdr->b_l1hdr.b_arc_node));
6834                 ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
6835                 hdr->b_l1hdr.b_mru_hits = 0;
6836                 hdr->b_l1hdr.b_mru_ghost_hits = 0;
6837                 hdr->b_l1hdr.b_mfu_hits = 0;
6838                 hdr->b_l1hdr.b_mfu_ghost_hits = 0;
6839                 hdr->b_l1hdr.b_l2_hits = 0;
6840                 arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
6841                 hdr->b_l1hdr.b_arc_access = 0;
6842
6843                 mutex_exit(hash_lock);
6844                 buf_discard_identity(hdr);
6845                 arc_buf_thaw(buf);
6846         }
6847 }
6848
6849 int
6850 arc_released(arc_buf_t *buf)
6851 {
6852         int released;
6853
6854         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
6855         released = (buf->b_data != NULL &&
6856             buf->b_hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
6857         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6858         return (released);
6859 }
6860
6861 #ifdef ZFS_DEBUG
6862 int
6863 arc_referenced(arc_buf_t *buf)
6864 {
6865         int referenced;
6866
6867         mutex_enter(&buf->b_evict_lock);
6868         referenced = (zfs_refcount_count(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6869         mutex_exit(&buf->b_evict_lock);
6870         return (referenced);
6871 }
6872 #endif
6873
6874 static void
6875 arc_write_ready(zio_t *zio)
6876 {
6877         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
6878         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
6879         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
6880         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
6881         uint64_t psize = BP_IS_HOLE(bp) ? 0 : BP_GET_PSIZE(bp);
6882         fstrans_cookie_t cookie = spl_fstrans_mark();
6883
6884         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
6885         ASSERT(!zfs_refcount_is_zero(&buf->b_hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
6886         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt > 0);
6887
6888         /*
6889          * If we're reexecuting this zio because the pool suspended, then
6890          * cleanup any state that was previously set the first time the
6891          * callback was invoked.
6892          */
6893         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_REEXECUTED) {
6894                 arc_cksum_free(hdr);
6895                 arc_buf_unwatch(buf);
6896                 if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
6897                         if (arc_buf_is_shared(buf)) {
6898                                 arc_unshare_buf(hdr, buf);
6899                         } else {
6900                                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
6901                         }
6902                 }
6903
6904                 if (HDR_HAS_RABD(hdr))
6905                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
6906         }
6907         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
6908         ASSERT(!HDR_HAS_RABD(hdr));
6909         ASSERT(!HDR_SHARED_DATA(hdr));
6910         ASSERT(!arc_buf_is_shared(buf));
6911
6912         callback->awcb_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
6913
6914         if (HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr))
6915                 ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_REEXECUTED);
6916
6917         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
6918
6919         if (BP_IS_PROTECTED(bp) != !!HDR_PROTECTED(hdr))
6920                 hdr = arc_hdr_realloc_crypt(hdr, BP_IS_PROTECTED(bp));
6921
6922         if (BP_IS_PROTECTED(bp)) {
6923                 /* ZIL blocks are written through zio_rewrite */
6924                 ASSERT3U(BP_GET_TYPE(bp), !=, DMU_OT_INTENT_LOG);
6925                 ASSERT(HDR_PROTECTED(hdr));
6926
6927                 if (BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)) {
6928                         if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0) {
6929                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_UINT64;
6930                         } else {
6931                                 hdr->b_l1hdr.b_byteswap =
6932                                     DMU_OT_BYTESWAP(BP_GET_TYPE(bp));
6933                         }
6934                 } else {
6935                         hdr->b_l1hdr.b_byteswap = DMU_BSWAP_NUMFUNCS;
6936                 }
6937
6938                 hdr->b_crypt_hdr.b_ot = BP_GET_TYPE(bp);
6939                 hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj = zio->io_bookmark.zb_objset;
6940                 zio_crypt_decode_params_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
6941                     hdr->b_crypt_hdr.b_iv);
6942                 zio_crypt_decode_mac_bp(bp, hdr->b_crypt_hdr.b_mac);
6943         }
6944
6945         /*
6946          * If this block was written for raw encryption but the zio layer
6947          * ended up only authenticating it, adjust the buffer flags now.
6948          */
6949         if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp) && ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6950                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_NOAUTH);
6951                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
6952                 if (BP_GET_COMPRESS(bp) == ZIO_COMPRESS_OFF)
6953                         buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
6954         } else if (BP_IS_HOLE(bp) && ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6955                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_ENCRYPTED;
6956                 buf->b_flags &= ~ARC_BUF_FLAG_COMPRESSED;
6957         }
6958
6959         /* this must be done after the buffer flags are adjusted */
6960         arc_cksum_compute(buf);
6961
6962         enum zio_compress compress;
6963         if (BP_IS_HOLE(bp) || BP_IS_EMBEDDED(bp)) {
6964                 compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
6965         } else {
6966                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), ==, BP_GET_LSIZE(bp));
6967                 compress = BP_GET_COMPRESS(bp);
6968         }
6969         HDR_SET_PSIZE(hdr, psize);
6970         arc_hdr_set_compress(hdr, compress);
6971
6972         if (zio->io_error != 0 || psize == 0)
6973                 goto out;
6974
6975         /*
6976          * Fill the hdr with data. If the buffer is encrypted we have no choice
6977          * but to copy the data into b_radb. If the hdr is compressed, the data
6978          * we want is available from the zio, otherwise we can take it from
6979          * the buf.
6980          *
6981          * We might be able to share the buf's data with the hdr here. However,
6982          * doing so would cause the ARC to be full of linear ABDs if we write a
6983          * lot of shareable data. As a compromise, we check whether scattered
6984          * ABDs are allowed, and assume that if they are then the user wants
6985          * the ARC to be primarily filled with them regardless of the data being
6986          * written. Therefore, if they're allowed then we allocate one and copy
6987          * the data into it; otherwise, we share the data directly if we can.
6988          */
6989         if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
6990                 ASSERT3U(psize, >, 0);
6991                 ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
6992                 arc_hdr_alloc_abd(hdr, B_TRUE);
6993                 abd_copy(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, zio->io_abd, psize);
6994         } else if (zfs_abd_scatter_enabled || !arc_can_share(hdr, buf)) {
6995                 /*
6996                  * Ideally, we would always copy the io_abd into b_pabd, but the
6997                  * user may have disabled compressed ARC, thus we must check the
6998                  * hdr's compression setting rather than the io_bp's.
6999                  */
7000                 if (BP_IS_ENCRYPTED(bp)) {
7001                         ASSERT3U(psize, >, 0);
7002                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, B_TRUE);
7003                         abd_copy(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, zio->io_abd, psize);
7004                 } else if (arc_hdr_get_compress(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
7005                     !ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
7006                         ASSERT3U(psize, >, 0);
7007                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, B_FALSE);
7008                         abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd, zio->io_abd, psize);
7009                 } else {
7010                         ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, arc_hdr_size(hdr));
7011                         arc_hdr_alloc_abd(hdr, B_FALSE);
7012                         abd_copy_from_buf(hdr->b_l1hdr.b_pabd, buf->b_data,
7013                             arc_buf_size(buf));
7014                 }
7015         } else {
7016                 ASSERT3P(buf->b_data, ==, abd_to_buf(zio->io_orig_abd));
7017                 ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, arc_buf_size(buf));
7018                 ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, ==, 1);
7019
7020                 arc_share_buf(hdr, buf);
7021         }
7022
7023 out:
7024         arc_hdr_verify(hdr, bp);
7025         spl_fstrans_unmark(cookie);
7026 }
7027
7028 static void
7029 arc_write_children_ready(zio_t *zio)
7030 {
7031         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
7032         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
7033
7034         callback->awcb_children_ready(zio, buf, callback->awcb_private);
7035 }
7036
7037 /*
7038  * The SPA calls this callback for each physical write that happens on behalf
7039  * of a logical write.  See the comment in dbuf_write_physdone() for details.
7040  */
7041 static void
7042 arc_write_physdone(zio_t *zio)
7043 {
7044         arc_write_callback_t *cb = zio->io_private;
7045         if (cb->awcb_physdone != NULL)
7046                 cb->awcb_physdone(zio, cb->awcb_buf, cb->awcb_private);
7047 }
7048
7049 static void
7050 arc_write_done(zio_t *zio)
7051 {
7052         arc_write_callback_t *callback = zio->io_private;
7053         arc_buf_t *buf = callback->awcb_buf;
7054         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
7055
7056         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
7057
7058         if (zio->io_error == 0) {
7059                 arc_hdr_verify(hdr, zio->io_bp);
7060
7061                 if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp) || BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp)) {
7062                         buf_discard_identity(hdr);
7063                 } else {
7064                         hdr->b_dva = *BP_IDENTITY(zio->io_bp);
7065                         hdr->b_birth = BP_PHYSICAL_BIRTH(zio->io_bp);
7066                 }
7067         } else {
7068                 ASSERT(HDR_EMPTY(hdr));
7069         }
7070
7071         /*
7072          * If the block to be written was all-zero or compressed enough to be
7073          * embedded in the BP, no write was performed so there will be no
7074          * dva/birth/checksum.  The buffer must therefore remain anonymous
7075          * (and uncached).
7076          */
7077         if (!HDR_EMPTY(hdr)) {
7078                 arc_buf_hdr_t *exists;
7079                 kmutex_t *hash_lock;
7080
7081                 ASSERT3U(zio->io_error, ==, 0);
7082
7083                 arc_cksum_verify(buf);
7084
7085                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
7086                 if (exists != NULL) {
7087                         /*
7088                          * This can only happen if we overwrite for
7089                          * sync-to-convergence, because we remove
7090                          * buffers from the hash table when we arc_free().
7091                          */
7092                         if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) {
7093                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
7094                                         panic("bad overwrite, hdr=%p exists=%p",
7095                                             (void *)hdr, (void *)exists);
7096                                 ASSERT(zfs_refcount_is_zero(
7097                                     &exists->b_l1hdr.b_refcnt));
7098                                 arc_change_state(arc_anon, exists, hash_lock);
7099                                 mutex_exit(hash_lock);
7100                                 arc_hdr_destroy(exists);
7101                                 exists = buf_hash_insert(hdr, &hash_lock);
7102                                 ASSERT3P(exists, ==, NULL);
7103                         } else if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NOPWRITE) {
7104                                 /* nopwrite */
7105                                 ASSERT(zio->io_prop.zp_nopwrite);
7106                                 if (!BP_EQUAL(&zio->io_bp_orig, zio->io_bp))
7107                                         panic("bad nopwrite, hdr=%p exists=%p",
7108                                             (void *)hdr, (void *)exists);
7109                         } else {
7110                                 /* Dedup */
7111                                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt == 1);
7112                                 ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon);
7113                                 ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp));
7114                                 ASSERT(BP_GET_LEVEL(zio->io_bp) == 0);
7115                         }
7116                 }
7117                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
7118                 /* if it's not anon, we are doing a scrub */
7119                 if (exists == NULL && hdr->b_l1hdr.b_state == arc_anon)
7120                         arc_access(hdr, hash_lock);
7121                 mutex_exit(hash_lock);
7122         } else {
7123                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_IO_IN_PROGRESS);
7124         }
7125
7126         ASSERT(!zfs_refcount_is_zero(&hdr->b_l1hdr.b_refcnt));
7127         callback->awcb_done(zio, buf, callback->awcb_private);
7128
7129         abd_put(zio->io_abd);
7130         kmem_free(callback, sizeof (arc_write_callback_t));
7131 }
7132
7133 zio_t *
7134 arc_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg,
7135     blkptr_t *bp, arc_buf_t *buf, boolean_t l2arc,
7136     const zio_prop_t *zp, arc_write_done_func_t *ready,
7137     arc_write_done_func_t *children_ready, arc_write_done_func_t *physdone,
7138     arc_write_done_func_t *done, void *private, zio_priority_t priority,
7139     int zio_flags, const zbookmark_phys_t *zb)
7140 {
7141         arc_buf_hdr_t *hdr = buf->b_hdr;
7142         arc_write_callback_t *callback;
7143         zio_t *zio;
7144         zio_prop_t localprop = *zp;
7145
7146         ASSERT3P(ready, !=, NULL);
7147         ASSERT3P(done, !=, NULL);
7148         ASSERT(!HDR_IO_ERROR(hdr));
7149         ASSERT(!HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr));
7150         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_acb, ==, NULL);
7151         ASSERT3U(hdr->b_l1hdr.b_bufcnt, >, 0);
7152         if (l2arc)
7153                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2CACHE);
7154
7155         if (ARC_BUF_ENCRYPTED(buf)) {
7156                 ASSERT(ARC_BUF_COMPRESSED(buf));
7157                 localprop.zp_encrypt = B_TRUE;
7158                 localprop.zp_compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
7159                 localprop.zp_byteorder =
7160                     (hdr->b_l1hdr.b_byteswap == DMU_BSWAP_NUMFUNCS) ?
7161                     ZFS_HOST_BYTEORDER : !ZFS_HOST_BYTEORDER;
7162                 bcopy(hdr->b_crypt_hdr.b_salt, localprop.zp_salt,
7163                     ZIO_DATA_SALT_LEN);
7164                 bcopy(hdr->b_crypt_hdr.b_iv, localprop.zp_iv,
7165                     ZIO_DATA_IV_LEN);
7166                 bcopy(hdr->b_crypt_hdr.b_mac, localprop.zp_mac,
7167                     ZIO_DATA_MAC_LEN);
7168                 if (DMU_OT_IS_ENCRYPTED(localprop.zp_type)) {
7169                         localprop.zp_nopwrite = B_FALSE;
7170                         localprop.zp_copies =
7171                             MIN(localprop.zp_copies, SPA_DVAS_PER_BP - 1);
7172                 }
7173                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW;
7174         } else if (ARC_BUF_COMPRESSED(buf)) {
7175                 ASSERT3U(HDR_GET_LSIZE(hdr), !=, arc_buf_size(buf));
7176                 localprop.zp_compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
7177                 zio_flags |= ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS;
7178         }
7179         callback = kmem_zalloc(sizeof (arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
7180         callback->awcb_ready = ready;
7181         callback->awcb_children_ready = children_ready;
7182         callback->awcb_physdone = physdone;
7183         callback->awcb_done = done;
7184         callback->awcb_private = private;
7185         callback->awcb_buf = buf;
7186
7187         /*
7188          * The hdr's b_pabd is now stale, free it now. A new data block
7189          * will be allocated when the zio pipeline calls arc_write_ready().
7190          */
7191         if (hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL) {
7192                 /*
7193                  * If the buf is currently sharing the data block with
7194                  * the hdr then we need to break that relationship here.
7195                  * The hdr will remain with a NULL data pointer and the
7196                  * buf will take sole ownership of the block.
7197                  */
7198                 if (arc_buf_is_shared(buf)) {
7199                         arc_unshare_buf(hdr, buf);
7200                 } else {
7201                         arc_hdr_free_abd(hdr, B_FALSE);
7202                 }
7203                 VERIFY3P(buf->b_data, !=, NULL);
7204         }
7205
7206         if (HDR_HAS_RABD(hdr))
7207                 arc_hdr_free_abd(hdr, B_TRUE);
7208
7209         if (!(zio_flags & ZIO_FLAG_RAW))
7210                 arc_hdr_set_compress(hdr, ZIO_COMPRESS_OFF);
7211
7212         ASSERT(!arc_buf_is_shared(buf));
7213         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, ==, NULL);
7214
7215         zio = zio_write(pio, spa, txg, bp,
7216             abd_get_from_buf(buf->b_data, HDR_GET_LSIZE(hdr)),
7217             HDR_GET_LSIZE(hdr), arc_buf_size(buf), &localprop, arc_write_ready,
7218             (children_ready != NULL) ? arc_write_children_ready : NULL,
7219             arc_write_physdone, arc_write_done, callback,
7220             priority, zio_flags, zb);
7221
7222         return (zio);
7223 }
7224
7225 static int
7226 arc_memory_throttle(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
7227 {
7228 #ifdef _KERNEL
7229         uint64_t available_memory = arc_free_memory();
7230
7231 #if defined(_ILP32)
7232         available_memory =
7233             MIN(available_memory, vmem_size(heap_arena, VMEM_FREE));
7234 #endif
7235
7236         if (available_memory > arc_all_memory() * arc_lotsfree_percent / 100)
7237                 return (0);
7238
7239         if (txg > spa->spa_lowmem_last_txg) {
7240                 spa->spa_lowmem_last_txg = txg;
7241                 spa->spa_lowmem_page_load = 0;
7242         }
7243         /*
7244          * If we are in pageout, we know that memory is already tight,
7245          * the arc is already going to be evicting, so we just want to
7246          * continue to let page writes occur as quickly as possible.
7247          */
7248         if (current_is_kswapd()) {
7249                 if (spa->spa_lowmem_page_load >
7250                     MAX(arc_sys_free / 4, available_memory) / 4) {
7251                         DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reclaim);
7252                         return (SET_ERROR(ERESTART));
7253                 }
7254                 /* Note: reserve is inflated, so we deflate */
7255                 atomic_add_64(&spa->spa_lowmem_page_load, reserve / 8);
7256                 return (0);
7257         } else if (spa->spa_lowmem_page_load > 0 && arc_reclaim_needed()) {
7258                 /* memory is low, delay before restarting */
7259                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
7260                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reclaim);
7261                 return (SET_ERROR(EAGAIN));
7262         }
7263         spa->spa_lowmem_page_load = 0;
7264 #endif /* _KERNEL */
7265         return (0);
7266 }
7267
7268 void
7269 arc_tempreserve_clear(uint64_t reserve)
7270 {
7271         atomic_add_64(&arc_tempreserve, -reserve);
7272         ASSERT((int64_t)arc_tempreserve >= 0);
7273 }
7274
7275 int
7276 arc_tempreserve_space(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
7277 {
7278         int error;
7279         uint64_t anon_size;
7280
7281         if (!arc_no_grow &&
7282             reserve > arc_c/4 &&
7283             reserve * 4 > (2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT))
7284                 arc_c = MIN(arc_c_max, reserve * 4);
7285
7286         /*
7287          * Throttle when the calculated memory footprint for the TXG
7288          * exceeds the target ARC size.
7289          */
7290         if (reserve > arc_c) {
7291                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reserve);
7292                 return (SET_ERROR(ERESTART));
7293         }
7294
7295         /*
7296          * Don't count loaned bufs as in flight dirty data to prevent long
7297          * network delays from blocking transactions that are ready to be
7298          * assigned to a txg.
7299          */
7300
7301         /* assert that it has not wrapped around */
7302         ASSERT3S(atomic_add_64_nv(&arc_loaned_bytes, 0), >=, 0);
7303
7304         anon_size = MAX((int64_t)(zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_size) -
7305             arc_loaned_bytes), 0);
7306
7307         /*
7308          * Writes will, almost always, require additional memory allocations
7309          * in order to compress/encrypt/etc the data.  We therefore need to
7310          * make sure that there is sufficient available memory for this.
7311          */
7312         error = arc_memory_throttle(spa, reserve, txg);
7313         if (error != 0)
7314                 return (error);
7315
7316         /*
7317          * Throttle writes when the amount of dirty data in the cache
7318          * gets too large.  We try to keep the cache less than half full
7319          * of dirty blocks so that our sync times don't grow too large.
7320          *
7321          * In the case of one pool being built on another pool, we want
7322          * to make sure we don't end up throttling the lower (backing)
7323          * pool when the upper pool is the majority contributor to dirty
7324          * data. To insure we make forward progress during throttling, we
7325          * also check the current pool's net dirty data and only throttle
7326          * if it exceeds zfs_arc_pool_dirty_percent of the anonymous dirty
7327          * data in the cache.
7328          *
7329          * Note: if two requests come in concurrently, we might let them
7330          * both succeed, when one of them should fail.  Not a huge deal.
7331          */
7332         uint64_t total_dirty = reserve + arc_tempreserve + anon_size;
7333         uint64_t spa_dirty_anon = spa_dirty_data(spa);
7334
7335         if (total_dirty > arc_c * zfs_arc_dirty_limit_percent / 100 &&
7336             anon_size > arc_c * zfs_arc_anon_limit_percent / 100 &&
7337             spa_dirty_anon > anon_size * zfs_arc_pool_dirty_percent / 100) {
7338 #ifdef ZFS_DEBUG
7339                 uint64_t meta_esize = zfs_refcount_count(
7340                     &arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7341                 uint64_t data_esize =
7342                     zfs_refcount_count(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7343                 dprintf("failing, arc_tempreserve=%lluK anon_meta=%lluK "
7344                     "anon_data=%lluK tempreserve=%lluK arc_c=%lluK\n",
7345                     arc_tempreserve >> 10, meta_esize >> 10,
7346                     data_esize >> 10, reserve >> 10, arc_c >> 10);
7347 #endif
7348                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_dirty_throttle);
7349                 return (SET_ERROR(ERESTART));
7350         }
7351         atomic_add_64(&arc_tempreserve, reserve);
7352         return (0);
7353 }
7354
7355 static void
7356 arc_kstat_update_state(arc_state_t *state, kstat_named_t *size,
7357     kstat_named_t *evict_data, kstat_named_t *evict_metadata)
7358 {
7359         size->value.ui64 = zfs_refcount_count(&state->arcs_size);
7360         evict_data->value.ui64 =
7361             zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7362         evict_metadata->value.ui64 =
7363             zfs_refcount_count(&state->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7364 }
7365
7366 static int
7367 arc_kstat_update(kstat_t *ksp, int rw)
7368 {
7369         arc_stats_t *as = ksp->ks_data;
7370
7371         if (rw == KSTAT_WRITE) {
7372                 return (SET_ERROR(EACCES));
7373         } else {
7374                 arc_kstat_update_state(arc_anon,
7375                     &as->arcstat_anon_size,
7376                     &as->arcstat_anon_evictable_data,
7377                     &as->arcstat_anon_evictable_metadata);
7378                 arc_kstat_update_state(arc_mru,
7379                     &as->arcstat_mru_size,
7380                     &as->arcstat_mru_evictable_data,
7381                     &as->arcstat_mru_evictable_metadata);
7382                 arc_kstat_update_state(arc_mru_ghost,
7383                     &as->arcstat_mru_ghost_size,
7384                     &as->arcstat_mru_ghost_evictable_data,
7385                     &as->arcstat_mru_ghost_evictable_metadata);
7386                 arc_kstat_update_state(arc_mfu,
7387                     &as->arcstat_mfu_size,
7388                     &as->arcstat_mfu_evictable_data,
7389                     &as->arcstat_mfu_evictable_metadata);
7390                 arc_kstat_update_state(arc_mfu_ghost,
7391                     &as->arcstat_mfu_ghost_size,
7392                     &as->arcstat_mfu_ghost_evictable_data,
7393                     &as->arcstat_mfu_ghost_evictable_metadata);
7394
7395                 ARCSTAT(arcstat_size) = aggsum_value(&arc_size);
7396                 ARCSTAT(arcstat_meta_used) = aggsum_value(&arc_meta_used);
7397                 ARCSTAT(arcstat_data_size) = aggsum_value(&astat_data_size);
7398                 ARCSTAT(arcstat_metadata_size) =
7399                     aggsum_value(&astat_metadata_size);
7400                 ARCSTAT(arcstat_hdr_size) = aggsum_value(&astat_hdr_size);
7401                 ARCSTAT(arcstat_l2_hdr_size) = aggsum_value(&astat_l2_hdr_size);
7402                 ARCSTAT(arcstat_dbuf_size) = aggsum_value(&astat_dbuf_size);
7403                 ARCSTAT(arcstat_dnode_size) = aggsum_value(&astat_dnode_size);
7404                 ARCSTAT(arcstat_bonus_size) = aggsum_value(&astat_bonus_size);
7405
7406                 as->arcstat_memory_all_bytes.value.ui64 =
7407                     arc_all_memory();
7408                 as->arcstat_memory_free_bytes.value.ui64 =
7409                     arc_free_memory();
7410                 as->arcstat_memory_available_bytes.value.i64 =
7411                     arc_available_memory();
7412         }
7413
7414         return (0);
7415 }
7416
7417 /*
7418  * This function *must* return indices evenly distributed between all
7419  * sublists of the multilist. This is needed due to how the ARC eviction
7420  * code is laid out; arc_evict_state() assumes ARC buffers are evenly
7421  * distributed between all sublists and uses this assumption when
7422  * deciding which sublist to evict from and how much to evict from it.
7423  */
7424 unsigned int
7425 arc_state_multilist_index_func(multilist_t *ml, void *obj)
7426 {
7427         arc_buf_hdr_t *hdr = obj;
7428
7429         /*
7430          * We rely on b_dva to generate evenly distributed index
7431          * numbers using buf_hash below. So, as an added precaution,
7432          * let's make sure we never add empty buffers to the arc lists.
7433          */
7434         ASSERT(!HDR_EMPTY(hdr));
7435
7436         /*
7437          * The assumption here, is the hash value for a given
7438          * arc_buf_hdr_t will remain constant throughout its lifetime
7439          * (i.e. its b_spa, b_dva, and b_birth fields don't change).
7440          * Thus, we don't need to store the header's sublist index
7441          * on insertion, as this index can be recalculated on removal.
7442          *
7443          * Also, the low order bits of the hash value are thought to be
7444          * distributed evenly. Otherwise, in the case that the multilist
7445          * has a power of two number of sublists, each sublists' usage
7446          * would not be evenly distributed.
7447          */
7448         return (buf_hash(hdr->b_spa, &hdr->b_dva, hdr->b_birth) %
7449             multilist_get_num_sublists(ml));
7450 }
7451
7452 /*
7453  * Called during module initialization and periodically thereafter to
7454  * apply reasonable changes to the exposed performance tunings.  Non-zero
7455  * zfs_* values which differ from the currently set values will be applied.
7456  */
7457 static void
7458 arc_tuning_update(void)
7459 {
7460         uint64_t allmem = arc_all_memory();
7461         unsigned long limit;
7462
7463         /* Valid range: 64M - <all physical memory> */
7464         if ((zfs_arc_max) && (zfs_arc_max != arc_c_max) &&
7465             (zfs_arc_max >= 64 << 20) && (zfs_arc_max < allmem) &&
7466             (zfs_arc_max > arc_c_min)) {
7467                 arc_c_max = zfs_arc_max;
7468                 arc_c = arc_c_max;
7469                 arc_p = (arc_c >> 1);
7470                 if (arc_meta_limit > arc_c_max)
7471                         arc_meta_limit = arc_c_max;
7472                 if (arc_dnode_limit > arc_meta_limit)
7473                         arc_dnode_limit = arc_meta_limit;
7474         }
7475
7476         /* Valid range: 32M - <arc_c_max> */
7477         if ((zfs_arc_min) && (zfs_arc_min != arc_c_min) &&
7478             (zfs_arc_min >= 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT) &&
7479             (zfs_arc_min <= arc_c_max)) {
7480                 arc_c_min = zfs_arc_min;
7481                 arc_c = MAX(arc_c, arc_c_min);
7482         }
7483
7484         /* Valid range: 16M - <arc_c_max> */
7485         if ((zfs_arc_meta_min) && (zfs_arc_meta_min != arc_meta_min) &&
7486             (zfs_arc_meta_min >= 1ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT) &&
7487             (zfs_arc_meta_min <= arc_c_max)) {
7488                 arc_meta_min = zfs_arc_meta_min;
7489                 if (arc_meta_limit < arc_meta_min)
7490                         arc_meta_limit = arc_meta_min;
7491                 if (arc_dnode_limit < arc_meta_min)
7492                         arc_dnode_limit = arc_meta_min;
7493         }
7494
7495         /* Valid range: <arc_meta_min> - <arc_c_max> */
7496         limit = zfs_arc_meta_limit ? zfs_arc_meta_limit :
7497             MIN(zfs_arc_meta_limit_percent, 100) * arc_c_max / 100;
7498         if ((limit != arc_meta_limit) &&
7499             (limit >= arc_meta_min) &&
7500             (limit <= arc_c_max))
7501                 arc_meta_limit = limit;
7502
7503         /* Valid range: <arc_meta_min> - <arc_meta_limit> */
7504         limit = zfs_arc_dnode_limit ? zfs_arc_dnode_limit :
7505             MIN(zfs_arc_dnode_limit_percent, 100) * arc_meta_limit / 100;
7506         if ((limit != arc_dnode_limit) &&
7507             (limit >= arc_meta_min) &&
7508             (limit <= arc_meta_limit))
7509                 arc_dnode_limit = limit;
7510
7511         /* Valid range: 1 - N */
7512         if (zfs_arc_grow_retry)
7513                 arc_grow_retry = zfs_arc_grow_retry;
7514
7515         /* Valid range: 1 - N */
7516         if (zfs_arc_shrink_shift) {
7517                 arc_shrink_shift = zfs_arc_shrink_shift;
7518                 arc_no_grow_shift = MIN(arc_no_grow_shift, arc_shrink_shift -1);
7519         }
7520
7521         /* Valid range: 1 - N */
7522         if (zfs_arc_p_min_shift)
7523                 arc_p_min_shift = zfs_arc_p_min_shift;
7524
7525         /* Valid range: 1 - N ms */
7526         if (zfs_arc_min_prefetch_ms)
7527                 arc_min_prefetch_ms = zfs_arc_min_prefetch_ms;
7528
7529         /* Valid range: 1 - N ms */
7530         if (zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms) {
7531                 arc_min_prescient_prefetch_ms =
7532                     zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms;
7533         }
7534
7535         /* Valid range: 0 - 100 */
7536         if ((zfs_arc_lotsfree_percent >= 0) &&
7537             (zfs_arc_lotsfree_percent <= 100))
7538                 arc_lotsfree_percent = zfs_arc_lotsfree_percent;
7539
7540         /* Valid range: 0 - <all physical memory> */
7541         if ((zfs_arc_sys_free) && (zfs_arc_sys_free != arc_sys_free))
7542                 arc_sys_free = MIN(MAX(zfs_arc_sys_free, 0), allmem);
7543
7544 }
7545
7546 static void
7547 arc_state_init(void)
7548 {
7549         arc_anon = &ARC_anon;
7550         arc_mru = &ARC_mru;
7551         arc_mru_ghost = &ARC_mru_ghost;
7552         arc_mfu = &ARC_mfu;
7553         arc_mfu_ghost = &ARC_mfu_ghost;
7554         arc_l2c_only = &ARC_l2c_only;
7555
7556         arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7557             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7558             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7559             arc_state_multilist_index_func);
7560         arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7561             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7562             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7563             arc_state_multilist_index_func);
7564         arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7565             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7566             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7567             arc_state_multilist_index_func);
7568         arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7569             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7570             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7571             arc_state_multilist_index_func);
7572         arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7573             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7574             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7575             arc_state_multilist_index_func);
7576         arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7577             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7578             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7579             arc_state_multilist_index_func);
7580         arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7581             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7582             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7583             arc_state_multilist_index_func);
7584         arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7585             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7586             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7587             arc_state_multilist_index_func);
7588         arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA] =
7589             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7590             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7591             arc_state_multilist_index_func);
7592         arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA] =
7593             multilist_create(sizeof (arc_buf_hdr_t),
7594             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l1hdr.b_arc_node),
7595             arc_state_multilist_index_func);
7596
7597         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7598         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7599         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7600         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7601         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7602         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7603         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7604         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7605         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7606         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7607         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7608         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7609
7610         zfs_refcount_create(&arc_anon->arcs_size);
7611         zfs_refcount_create(&arc_mru->arcs_size);
7612         zfs_refcount_create(&arc_mru_ghost->arcs_size);
7613         zfs_refcount_create(&arc_mfu->arcs_size);
7614         zfs_refcount_create(&arc_mfu_ghost->arcs_size);
7615         zfs_refcount_create(&arc_l2c_only->arcs_size);
7616
7617         aggsum_init(&arc_meta_used, 0);
7618         aggsum_init(&arc_size, 0);
7619         aggsum_init(&astat_data_size, 0);
7620         aggsum_init(&astat_metadata_size, 0);
7621         aggsum_init(&astat_hdr_size, 0);
7622         aggsum_init(&astat_l2_hdr_size, 0);
7623         aggsum_init(&astat_bonus_size, 0);
7624         aggsum_init(&astat_dnode_size, 0);
7625         aggsum_init(&astat_dbuf_size, 0);
7626
7627         arc_anon->arcs_state = ARC_STATE_ANON;
7628         arc_mru->arcs_state = ARC_STATE_MRU;
7629         arc_mru_ghost->arcs_state = ARC_STATE_MRU_GHOST;
7630         arc_mfu->arcs_state = ARC_STATE_MFU;
7631         arc_mfu_ghost->arcs_state = ARC_STATE_MFU_GHOST;
7632         arc_l2c_only->arcs_state = ARC_STATE_L2C_ONLY;
7633 }
7634
7635 static void
7636 arc_state_fini(void)
7637 {
7638         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7639         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7640         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7641         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7642         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7643         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7644         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7645         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7646         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7647         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7648         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
7649         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]);
7650
7651         zfs_refcount_destroy(&arc_anon->arcs_size);
7652         zfs_refcount_destroy(&arc_mru->arcs_size);
7653         zfs_refcount_destroy(&arc_mru_ghost->arcs_size);
7654         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu->arcs_size);
7655         zfs_refcount_destroy(&arc_mfu_ghost->arcs_size);
7656         zfs_refcount_destroy(&arc_l2c_only->arcs_size);
7657
7658         multilist_destroy(arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7659         multilist_destroy(arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7660         multilist_destroy(arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7661         multilist_destroy(arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7662         multilist_destroy(arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7663         multilist_destroy(arc_mru_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7664         multilist_destroy(arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7665         multilist_destroy(arc_mfu_ghost->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7666         multilist_destroy(arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA]);
7667         multilist_destroy(arc_l2c_only->arcs_list[ARC_BUFC_DATA]);
7668
7669         aggsum_fini(&arc_meta_used);
7670         aggsum_fini(&arc_size);
7671         aggsum_fini(&astat_data_size);
7672         aggsum_fini(&astat_metadata_size);
7673         aggsum_fini(&astat_hdr_size);
7674         aggsum_fini(&astat_l2_hdr_size);
7675         aggsum_fini(&astat_bonus_size);
7676         aggsum_fini(&astat_dnode_size);
7677         aggsum_fini(&astat_dbuf_size);
7678 }
7679
7680 uint64_t
7681 arc_target_bytes(void)
7682 {
7683         return (arc_c);
7684 }
7685
7686 void
7687 arc_init(void)
7688 {
7689         uint64_t percent, allmem = arc_all_memory();
7690
7691         mutex_init(&arc_reclaim_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7692         cv_init(&arc_reclaim_thread_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
7693         cv_init(&arc_reclaim_waiters_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
7694
7695         arc_min_prefetch_ms = 1000;
7696         arc_min_prescient_prefetch_ms = 6000;
7697
7698 #ifdef _KERNEL
7699         /*
7700          * Register a shrinker to support synchronous (direct) memory
7701          * reclaim from the arc.  This is done to prevent kswapd from
7702          * swapping out pages when it is preferable to shrink the arc.
7703          */
7704         spl_register_shrinker(&arc_shrinker);
7705
7706         /* Set to 1/64 of all memory or a minimum of 512K */
7707         arc_sys_free = MAX(allmem / 64, (512 * 1024));
7708         arc_need_free = 0;
7709 #endif
7710
7711         /* Set max to 1/2 of all memory */
7712         arc_c_max = allmem / 2;
7713
7714 #ifdef  _KERNEL
7715         /* Set min cache to 1/32 of all memory, or 32MB, whichever is more */
7716         arc_c_min = MAX(allmem / 32, 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT);
7717 #else
7718         /*
7719          * In userland, there's only the memory pressure that we artificially
7720          * create (see arc_available_memory()).  Don't let arc_c get too
7721          * small, because it can cause transactions to be larger than
7722          * arc_c, causing arc_tempreserve_space() to fail.
7723          */
7724         arc_c_min = MAX(arc_c_max / 2, 2ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT);
7725 #endif
7726
7727         arc_c = arc_c_max;
7728         arc_p = (arc_c >> 1);
7729
7730         /* Set min to 1/2 of arc_c_min */
7731         arc_meta_min = 1ULL << SPA_MAXBLOCKSHIFT;
7732         /* Initialize maximum observed usage to zero */
7733         arc_meta_max = 0;
7734         /*
7735          * Set arc_meta_limit to a percent of arc_c_max with a floor of
7736          * arc_meta_min, and a ceiling of arc_c_max.
7737          */
7738         percent = MIN(zfs_arc_meta_limit_percent, 100);
7739         arc_meta_limit = MAX(arc_meta_min, (percent * arc_c_max) / 100);
7740         percent = MIN(zfs_arc_dnode_limit_percent, 100);
7741         arc_dnode_limit = (percent * arc_meta_limit) / 100;
7742
7743         /* Apply user specified tunings */
7744         arc_tuning_update();
7745
7746         /* if kmem_flags are set, lets try to use less memory */
7747         if (kmem_debugging())
7748                 arc_c = arc_c / 2;
7749         if (arc_c < arc_c_min)
7750                 arc_c = arc_c_min;
7751
7752         arc_state_init();
7753         buf_init();
7754
7755         list_create(&arc_prune_list, sizeof (arc_prune_t),
7756             offsetof(arc_prune_t, p_node));
7757         mutex_init(&arc_prune_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
7758
7759         arc_prune_taskq = taskq_create("arc_prune", max_ncpus, defclsyspri,
7760             max_ncpus, INT_MAX, TASKQ_PREPOPULATE | TASKQ_DYNAMIC);
7761
7762         arc_reclaim_thread_exit = B_FALSE;
7763
7764         arc_ksp = kstat_create("zfs", 0, "arcstats", "misc", KSTAT_TYPE_NAMED,
7765             sizeof (arc_stats) / sizeof (kstat_named_t), KSTAT_FLAG_VIRTUAL);
7766
7767         if (arc_ksp != NULL) {
7768                 arc_ksp->ks_data = &arc_stats;
7769                 arc_ksp->ks_update = arc_kstat_update;
7770                 kstat_install(arc_ksp);
7771         }
7772
7773         (void) thread_create(NULL, 0, arc_reclaim_thread, NULL, 0, &p0,
7774             TS_RUN, defclsyspri);
7775
7776         arc_dead = B_FALSE;
7777         arc_warm = B_FALSE;
7778
7779         /*
7780          * Calculate maximum amount of dirty data per pool.
7781          *
7782          * If it has been set by a module parameter, take that.
7783          * Otherwise, use a percentage of physical memory defined by
7784          * zfs_dirty_data_max_percent (default 10%) with a cap at
7785          * zfs_dirty_data_max_max (default 4G or 25% of physical memory).
7786          */
7787         if (zfs_dirty_data_max_max == 0)
7788                 zfs_dirty_data_max_max = MIN(4ULL * 1024 * 1024 * 1024,
7789                     allmem * zfs_dirty_data_max_max_percent / 100);
7790
7791         if (zfs_dirty_data_max == 0) {
7792                 zfs_dirty_data_max = allmem *
7793                     zfs_dirty_data_max_percent / 100;
7794                 zfs_dirty_data_max = MIN(zfs_dirty_data_max,
7795                     zfs_dirty_data_max_max);
7796         }
7797 }
7798
7799 void
7800 arc_fini(void)
7801 {
7802         arc_prune_t *p;
7803
7804 #ifdef _KERNEL
7805         spl_unregister_shrinker(&arc_shrinker);
7806 #endif /* _KERNEL */
7807
7808         mutex_enter(&arc_reclaim_lock);
7809         arc_reclaim_thread_exit = B_TRUE;
7810         /*
7811          * The reclaim thread will set arc_reclaim_thread_exit back to
7812          * B_FALSE when it is finished exiting; we're waiting for that.
7813          */
7814         while (arc_reclaim_thread_exit) {
7815                 cv_signal(&arc_reclaim_thread_cv);
7816                 cv_wait(&arc_reclaim_thread_cv, &arc_reclaim_lock);
7817         }
7818         mutex_exit(&arc_reclaim_lock);
7819
7820         /* Use B_TRUE to ensure *all* buffers are evicted */
7821         arc_flush(NULL, B_TRUE);
7822
7823         arc_dead = B_TRUE;
7824
7825         if (arc_ksp != NULL) {
7826                 kstat_delete(arc_ksp);
7827                 arc_ksp = NULL;
7828         }
7829
7830         taskq_wait(arc_prune_taskq);
7831         taskq_destroy(arc_prune_taskq);
7832
7833         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
7834         while ((p = list_head(&arc_prune_list)) != NULL) {
7835                 list_remove(&arc_prune_list, p);
7836                 zfs_refcount_remove(&p->p_refcnt, &arc_prune_list);
7837                 zfs_refcount_destroy(&p->p_refcnt);
7838                 kmem_free(p, sizeof (*p));
7839         }
7840         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
7841
7842         list_destroy(&arc_prune_list);
7843         mutex_destroy(&arc_prune_mtx);
7844         mutex_destroy(&arc_reclaim_lock);
7845         cv_destroy(&arc_reclaim_thread_cv);
7846         cv_destroy(&arc_reclaim_waiters_cv);
7847
7848         arc_state_fini();
7849         buf_fini();
7850
7851         ASSERT0(arc_loaned_bytes);
7852 }
7853
7854 /*
7855  * Level 2 ARC
7856  *
7857  * The level 2 ARC (L2ARC) is a cache layer in-between main memory and disk.
7858  * It uses dedicated storage devices to hold cached data, which are populated
7859  * using large infrequent writes.  The main role of this cache is to boost
7860  * the performance of random read workloads.  The intended L2ARC devices
7861  * include short-stroked disks, solid state disks, and other media with
7862  * substantially faster read latency than disk.
7863  *
7864  *                 +-----------------------+
7865  *                 |         ARC           |
7866  *                 +-----------------------+
7867  *                    |         ^     ^
7868  *                    |         |     |
7869  *      l2arc_feed_thread()    arc_read()
7870  *                    |         |     |
7871  *                    |  l2arc read   |
7872  *                    V         |     |
7873  *               +---------------+    |
7874  *               |     L2ARC     |    |
7875  *               +---------------+    |
7876  *                   |    ^           |
7877  *          l2arc_write() |           |
7878  *                   |    |           |
7879  *                   V    |           |
7880  *                 +-------+      +-------+
7881  *                 | vdev  |      | vdev  |
7882  *                 | cache |      | cache |
7883  *                 +-------+      +-------+
7884  *                 +=========+     .-----.
7885  *                 :  L2ARC  :    |-_____-|
7886  *                 : devices :    | Disks |
7887  *                 +=========+    `-_____-'
7888  *
7889  * Read requests are satisfied from the following sources, in order:
7890  *
7891  *      1) ARC
7892  *      2) vdev cache of L2ARC devices
7893  *      3) L2ARC devices
7894  *      4) vdev cache of disks
7895  *      5) disks
7896  *
7897  * Some L2ARC device types exhibit extremely slow write performance.
7898  * To accommodate for this there are some significant differences between
7899  * the L2ARC and traditional cache design:
7900  *
7901  * 1. There is no eviction path from the ARC to the L2ARC.  Evictions from
7902  * the ARC behave as usual, freeing buffers and placing headers on ghost
7903  * lists.  The ARC does not send buffers to the L2ARC during eviction as
7904  * this would add inflated write latencies for all ARC memory pressure.
7905  *
7906  * 2. The L2ARC attempts to cache data from the ARC before it is evicted.
7907  * It does this by periodically scanning buffers from the eviction-end of
7908  * the MFU and MRU ARC lists, copying them to the L2ARC devices if they are
7909  * not already there. It scans until a headroom of buffers is satisfied,
7910  * which itself is a buffer for ARC eviction. If a compressible buffer is
7911  * found during scanning and selected for writing to an L2ARC device, we
7912  * temporarily boost scanning headroom during the next scan cycle to make
7913  * sure we adapt to compression effects (which might significantly reduce
7914  * the data volume we write to L2ARC). The thread that does this is
7915  * l2arc_feed_thread(), illustrated below; example sizes are included to
7916  * provide a better sense of ratio than this diagram:
7917  *
7918  *             head -->                        tail
7919  *              +---------------------+----------+
7920  *      ARC_mfu |:::::#:::::::::::::::|o#o###o###|-->.   # already on L2ARC
7921  *              +---------------------+----------+   |   o L2ARC eligible
7922  *      ARC_mru |:#:::::::::::::::::::|#o#ooo####|-->|   : ARC buffer
7923  *              +---------------------+----------+   |
7924  *                   15.9 Gbytes      ^ 32 Mbytes    |
7925  *                                 headroom          |
7926  *                                            l2arc_feed_thread()
7927  *                                                   |
7928  *                       l2arc write hand <--[oooo]--'
7929  *                               |           8 Mbyte
7930  *                               |          write max
7931  *                               V
7932  *                +==============================+
7933  *      L2ARC dev |####|#|###|###|    |####| ... |
7934  *                +==============================+
7935  *                           32 Gbytes
7936  *
7937  * 3. If an ARC buffer is copied to the L2ARC but then hit instead of
7938  * evicted, then the L2ARC has cached a buffer much sooner than it probably
7939  * needed to, potentially wasting L2ARC device bandwidth and storage.  It is
7940  * safe to say that this is an uncommon case, since buffers at the end of
7941  * the ARC lists have moved there due to inactivity.
7942  *
7943  * 4. If the ARC evicts faster than the L2ARC can maintain a headroom,
7944  * then the L2ARC simply misses copying some buffers.  This serves as a
7945  * pressure valve to prevent heavy read workloads from both stalling the ARC
7946  * with waits and clogging the L2ARC with writes.  This also helps prevent
7947  * the potential for the L2ARC to churn if it attempts to cache content too
7948  * quickly, such as during backups of the entire pool.
7949  *
7950  * 5. After system boot and before the ARC has filled main memory, there are
7951  * no evictions from the ARC and so the tails of the ARC_mfu and ARC_mru
7952  * lists can remain mostly static.  Instead of searching from tail of these
7953  * lists as pictured, the l2arc_feed_thread() will search from the list heads
7954  * for eligible buffers, greatly increasing its chance of finding them.
7955  *
7956  * The L2ARC device write speed is also boosted during this time so that
7957  * the L2ARC warms up faster.  Since there have been no ARC evictions yet,
7958  * there are no L2ARC reads, and no fear of degrading read performance
7959  * through increased writes.
7960  *
7961  * 6. Writes to the L2ARC devices are grouped and sent in-sequence, so that
7962  * the vdev queue can aggregate them into larger and fewer writes.  Each
7963  * device is written to in a rotor fashion, sweeping writes through
7964  * available space then repeating.
7965  *
7966  * 7. The L2ARC does not store dirty content.  It never needs to flush
7967  * write buffers back to disk based storage.
7968  *
7969  * 8. If an ARC buffer is written (and dirtied) which also exists in the
7970  * L2ARC, the now stale L2ARC buffer is immediately dropped.
7971  *
7972  * The performance of the L2ARC can be tweaked by a number of tunables, which
7973  * may be necessary for different workloads:
7974  *
7975  *      l2arc_write_max         max write bytes per interval
7976  *      l2arc_write_boost       extra write bytes during device warmup
7977  *      l2arc_noprefetch        skip caching prefetched buffers
7978  *      l2arc_headroom          number of max device writes to precache
7979  *      l2arc_headroom_boost    when we find compressed buffers during ARC
7980  *                              scanning, we multiply headroom by this
7981  *                              percentage factor for the next scan cycle,
7982  *                              since more compressed buffers are likely to
7983  *                              be present
7984  *      l2arc_feed_secs         seconds between L2ARC writing
7985  *
7986  * Tunables may be removed or added as future performance improvements are
7987  * integrated, and also may become zpool properties.
7988  *
7989  * There are three key functions that control how the L2ARC warms up:
7990  *
7991  *      l2arc_write_eligible()  check if a buffer is eligible to cache
7992  *      l2arc_write_size()      calculate how much to write
7993  *      l2arc_write_interval()  calculate sleep delay between writes
7994  *
7995  * These three functions determine what to write, how much, and how quickly
7996  * to send writes.
7997  */
7998
7999 static boolean_t
8000 l2arc_write_eligible(uint64_t spa_guid, arc_buf_hdr_t *hdr)
8001 {
8002         /*
8003          * A buffer is *not* eligible for the L2ARC if it:
8004          * 1. belongs to a different spa.
8005          * 2. is already cached on the L2ARC.
8006          * 3. has an I/O in progress (it may be an incomplete read).
8007          * 4. is flagged not eligible (zfs property).
8008          */
8009         if (hdr->b_spa != spa_guid || HDR_HAS_L2HDR(hdr) ||
8010             HDR_IO_IN_PROGRESS(hdr) || !HDR_L2CACHE(hdr))
8011                 return (B_FALSE);
8012
8013         return (B_TRUE);
8014 }
8015
8016 static uint64_t
8017 l2arc_write_size(void)
8018 {
8019         uint64_t size;
8020
8021         /*
8022          * Make sure our globals have meaningful values in case the user
8023          * altered them.
8024          */
8025         size = l2arc_write_max;
8026         if (size == 0) {
8027                 cmn_err(CE_NOTE, "Bad value for l2arc_write_max, value must "
8028                     "be greater than zero, resetting it to the default (%d)",
8029                     L2ARC_WRITE_SIZE);
8030                 size = l2arc_write_max = L2ARC_WRITE_SIZE;
8031         }
8032
8033         if (arc_warm == B_FALSE)
8034                 size += l2arc_write_boost;
8035
8036         return (size);
8037
8038 }
8039
8040 static clock_t
8041 l2arc_write_interval(clock_t began, uint64_t wanted, uint64_t wrote)
8042 {
8043         clock_t interval, next, now;
8044
8045         /*
8046          * If the ARC lists are busy, increase our write rate; if the
8047          * lists are stale, idle back.  This is achieved by checking
8048          * how much we previously wrote - if it was more than half of
8049          * what we wanted, schedule the next write much sooner.
8050          */
8051         if (l2arc_feed_again && wrote > (wanted / 2))
8052                 interval = (hz * l2arc_feed_min_ms) / 1000;
8053         else
8054                 interval = hz * l2arc_feed_secs;
8055
8056         now = ddi_get_lbolt();
8057         next = MAX(now, MIN(now + interval, began + interval));
8058
8059         return (next);
8060 }
8061
8062 /*
8063  * Cycle through L2ARC devices.  This is how L2ARC load balances.
8064  * If a device is returned, this also returns holding the spa config lock.
8065  */
8066 static l2arc_dev_t *
8067 l2arc_dev_get_next(void)
8068 {
8069         l2arc_dev_t *first, *next = NULL;
8070
8071         /*
8072          * Lock out the removal of spas (spa_namespace_lock), then removal
8073          * of cache devices (l2arc_dev_mtx).  Once a device has been selected,
8074          * both locks will be dropped and a spa config lock held instead.
8075          */
8076         mutex_enter(&spa_namespace_lock);
8077         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
8078
8079         /* if there are no vdevs, there is nothing to do */
8080         if (l2arc_ndev == 0)
8081                 goto out;
8082
8083         first = NULL;
8084         next = l2arc_dev_last;
8085         do {
8086                 /* loop around the list looking for a non-faulted vdev */
8087                 if (next == NULL) {
8088                         next = list_head(l2arc_dev_list);
8089                 } else {
8090                         next = list_next(l2arc_dev_list, next);
8091                         if (next == NULL)
8092                                 next = list_head(l2arc_dev_list);
8093                 }
8094
8095                 /* if we have come back to the start, bail out */
8096                 if (first == NULL)
8097                         first = next;
8098                 else if (next == first)
8099                         break;
8100
8101         } while (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev));
8102
8103         /* if we were unable to find any usable vdevs, return NULL */
8104         if (vdev_is_dead(next->l2ad_vdev))
8105                 next = NULL;
8106
8107         l2arc_dev_last = next;
8108
8109 out:
8110         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
8111
8112         /*
8113          * Grab the config lock to prevent the 'next' device from being
8114          * removed while we are writing to it.
8115          */
8116         if (next != NULL)
8117                 spa_config_enter(next->l2ad_spa, SCL_L2ARC, next, RW_READER);
8118         mutex_exit(&spa_namespace_lock);
8119
8120         return (next);
8121 }
8122
8123 /*
8124  * Free buffers that were tagged for destruction.
8125  */
8126 static void
8127 l2arc_do_free_on_write(void)
8128 {
8129         list_t *buflist;
8130         l2arc_data_free_t *df, *df_prev;
8131
8132         mutex_enter(&l2arc_free_on_write_mtx);
8133         buflist = l2arc_free_on_write;
8134
8135         for (df = list_tail(buflist); df; df = df_prev) {
8136                 df_prev = list_prev(buflist, df);
8137                 ASSERT3P(df->l2df_abd, !=, NULL);
8138                 abd_free(df->l2df_abd);
8139                 list_remove(buflist, df);
8140                 kmem_free(df, sizeof (l2arc_data_free_t));
8141         }
8142
8143         mutex_exit(&l2arc_free_on_write_mtx);
8144 }
8145
8146 /*
8147  * A write to a cache device has completed.  Update all headers to allow
8148  * reads from these buffers to begin.
8149  */
8150 static void
8151 l2arc_write_done(zio_t *zio)
8152 {
8153         l2arc_write_callback_t *cb;
8154         l2arc_dev_t *dev;
8155         list_t *buflist;
8156         arc_buf_hdr_t *head, *hdr, *hdr_prev;
8157         kmutex_t *hash_lock;
8158         int64_t bytes_dropped = 0;
8159
8160         cb = zio->io_private;
8161         ASSERT3P(cb, !=, NULL);
8162         dev = cb->l2wcb_dev;
8163         ASSERT3P(dev, !=, NULL);
8164         head = cb->l2wcb_head;
8165         ASSERT3P(head, !=, NULL);
8166         buflist = &dev->l2ad_buflist;
8167         ASSERT3P(buflist, !=, NULL);
8168         DTRACE_PROBE2(l2arc__iodone, zio_t *, zio,
8169             l2arc_write_callback_t *, cb);
8170
8171         if (zio->io_error != 0)
8172                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_error);
8173
8174         /*
8175          * All writes completed, or an error was hit.
8176          */
8177 top:
8178         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8179         for (hdr = list_prev(buflist, head); hdr; hdr = hdr_prev) {
8180                 hdr_prev = list_prev(buflist, hdr);
8181
8182                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8183
8184                 /*
8185                  * We cannot use mutex_enter or else we can deadlock
8186                  * with l2arc_write_buffers (due to swapping the order
8187                  * the hash lock and l2ad_mtx are taken).
8188                  */
8189                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8190                         /*
8191                          * Missed the hash lock. We must retry so we
8192                          * don't leave the ARC_FLAG_L2_WRITING bit set.
8193                          */
8194                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_lock_retry);
8195
8196                         /*
8197                          * We don't want to rescan the headers we've
8198                          * already marked as having been written out, so
8199                          * we reinsert the head node so we can pick up
8200                          * where we left off.
8201                          */
8202                         list_remove(buflist, head);
8203                         list_insert_after(buflist, hdr, head);
8204
8205                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8206
8207                         /*
8208                          * We wait for the hash lock to become available
8209                          * to try and prevent busy waiting, and increase
8210                          * the chance we'll be able to acquire the lock
8211                          * the next time around.
8212                          */
8213                         mutex_enter(hash_lock);
8214                         mutex_exit(hash_lock);
8215                         goto top;
8216                 }
8217
8218                 /*
8219                  * We could not have been moved into the arc_l2c_only
8220                  * state while in-flight due to our ARC_FLAG_L2_WRITING
8221                  * bit being set. Let's just ensure that's being enforced.
8222                  */
8223                 ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
8224
8225                 /*
8226                  * Skipped - drop L2ARC entry and mark the header as no
8227                  * longer L2 eligibile.
8228                  */
8229                 if (zio->io_error != 0) {
8230                         /*
8231                          * Error - drop L2ARC entry.
8232                          */
8233                         list_remove(buflist, hdr);
8234                         arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
8235
8236                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, -arc_hdr_size(hdr));
8237                         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, -HDR_GET_LSIZE(hdr));
8238
8239                         bytes_dropped += arc_hdr_size(hdr);
8240                         (void) zfs_refcount_remove_many(&dev->l2ad_alloc,
8241                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
8242                 }
8243
8244                 /*
8245                  * Allow ARC to begin reads and ghost list evictions to
8246                  * this L2ARC entry.
8247                  */
8248                 arc_hdr_clear_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_WRITING);
8249
8250                 mutex_exit(hash_lock);
8251         }
8252
8253         atomic_inc_64(&l2arc_writes_done);
8254         list_remove(buflist, head);
8255         ASSERT(!HDR_HAS_L1HDR(head));
8256         kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, head);
8257         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8258
8259         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, -bytes_dropped, 0, 0);
8260
8261         l2arc_do_free_on_write();
8262
8263         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_write_callback_t));
8264 }
8265
8266 static int
8267 l2arc_untransform(zio_t *zio, l2arc_read_callback_t *cb)
8268 {
8269         int ret;
8270         spa_t *spa = zio->io_spa;
8271         arc_buf_hdr_t *hdr = cb->l2rcb_hdr;
8272         blkptr_t *bp = zio->io_bp;
8273         uint8_t salt[ZIO_DATA_SALT_LEN];
8274         uint8_t iv[ZIO_DATA_IV_LEN];
8275         uint8_t mac[ZIO_DATA_MAC_LEN];
8276         boolean_t no_crypt = B_FALSE;
8277
8278         /*
8279          * ZIL data is never be written to the L2ARC, so we don't need
8280          * special handling for its unique MAC storage.
8281          */
8282         ASSERT3U(BP_GET_TYPE(bp), !=, DMU_OT_INTENT_LOG);
8283         ASSERT(MUTEX_HELD(HDR_LOCK(hdr)));
8284         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
8285
8286         /*
8287          * If the data was encrypted, decrypt it now. Note that
8288          * we must check the bp here and not the hdr, since the
8289          * hdr does not have its encryption parameters updated
8290          * until arc_read_done().
8291          */
8292         if (BP_IS_ENCRYPTED(bp)) {
8293                 abd_t *eabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8294
8295                 zio_crypt_decode_params_bp(bp, salt, iv);
8296                 zio_crypt_decode_mac_bp(bp, mac);
8297
8298                 ret = spa_do_crypt_abd(B_FALSE, spa, &cb->l2rcb_zb,
8299                     BP_GET_TYPE(bp), BP_GET_DEDUP(bp), BP_SHOULD_BYTESWAP(bp),
8300                     salt, iv, mac, HDR_GET_PSIZE(hdr), eabd,
8301                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, &no_crypt);
8302                 if (ret != 0) {
8303                         arc_free_data_abd(hdr, eabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8304                         goto error;
8305                 }
8306
8307                 /*
8308                  * If we actually performed decryption, replace b_pabd
8309                  * with the decrypted data. Otherwise we can just throw
8310                  * our decryption buffer away.
8311                  */
8312                 if (!no_crypt) {
8313                         arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
8314                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
8315                         hdr->b_l1hdr.b_pabd = eabd;
8316                         zio->io_abd = eabd;
8317                 } else {
8318                         arc_free_data_abd(hdr, eabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8319                 }
8320         }
8321
8322         /*
8323          * If the L2ARC block was compressed, but ARC compression
8324          * is disabled we decompress the data into a new buffer and
8325          * replace the existing data.
8326          */
8327         if (HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
8328             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
8329                 abd_t *cabd = arc_get_data_abd(hdr, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8330                 void *tmp = abd_borrow_buf(cabd, arc_hdr_size(hdr));
8331
8332                 ret = zio_decompress_data(HDR_GET_COMPRESS(hdr),
8333                     hdr->b_l1hdr.b_pabd, tmp, HDR_GET_PSIZE(hdr),
8334                     HDR_GET_LSIZE(hdr));
8335                 if (ret != 0) {
8336                         abd_return_buf_copy(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
8337                         arc_free_data_abd(hdr, cabd, arc_hdr_size(hdr), hdr);
8338                         goto error;
8339                 }
8340
8341                 abd_return_buf_copy(cabd, tmp, arc_hdr_size(hdr));
8342                 arc_free_data_abd(hdr, hdr->b_l1hdr.b_pabd,
8343                     arc_hdr_size(hdr), hdr);
8344                 hdr->b_l1hdr.b_pabd = cabd;
8345                 zio->io_abd = cabd;
8346                 zio->io_size = HDR_GET_LSIZE(hdr);
8347         }
8348
8349         return (0);
8350
8351 error:
8352         return (ret);
8353 }
8354
8355
8356 /*
8357  * A read to a cache device completed.  Validate buffer contents before
8358  * handing over to the regular ARC routines.
8359  */
8360 static void
8361 l2arc_read_done(zio_t *zio)
8362 {
8363         int tfm_error = 0;
8364         l2arc_read_callback_t *cb = zio->io_private;
8365         arc_buf_hdr_t *hdr;
8366         kmutex_t *hash_lock;
8367         boolean_t valid_cksum;
8368         boolean_t using_rdata = (BP_IS_ENCRYPTED(&cb->l2rcb_bp) &&
8369             (cb->l2rcb_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT));
8370
8371         ASSERT3P(zio->io_vd, !=, NULL);
8372         ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE);
8373
8374         spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_L2ARC, zio->io_vd);
8375
8376         ASSERT3P(cb, !=, NULL);
8377         hdr = cb->l2rcb_hdr;
8378         ASSERT3P(hdr, !=, NULL);
8379
8380         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8381         mutex_enter(hash_lock);
8382         ASSERT3P(hash_lock, ==, HDR_LOCK(hdr));
8383
8384         /*
8385          * If the data was read into a temporary buffer,
8386          * move it and free the buffer.
8387          */
8388         if (cb->l2rcb_abd != NULL) {
8389                 ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), <, zio->io_size);
8390                 if (zio->io_error == 0) {
8391                         if (using_rdata) {
8392                                 abd_copy(hdr->b_crypt_hdr.b_rabd,
8393                                     cb->l2rcb_abd, arc_hdr_size(hdr));
8394                         } else {
8395                                 abd_copy(hdr->b_l1hdr.b_pabd,
8396                                     cb->l2rcb_abd, arc_hdr_size(hdr));
8397                         }
8398                 }
8399
8400                 /*
8401                  * The following must be done regardless of whether
8402                  * there was an error:
8403                  * - free the temporary buffer
8404                  * - point zio to the real ARC buffer
8405                  * - set zio size accordingly
8406                  * These are required because zio is either re-used for
8407                  * an I/O of the block in the case of the error
8408                  * or the zio is passed to arc_read_done() and it
8409                  * needs real data.
8410                  */
8411                 abd_free(cb->l2rcb_abd);
8412                 zio->io_size = zio->io_orig_size = arc_hdr_size(hdr);
8413
8414                 if (using_rdata) {
8415                         ASSERT(HDR_HAS_RABD(hdr));
8416                         zio->io_abd = zio->io_orig_abd =
8417                             hdr->b_crypt_hdr.b_rabd;
8418                 } else {
8419                         ASSERT3P(hdr->b_l1hdr.b_pabd, !=, NULL);
8420                         zio->io_abd = zio->io_orig_abd = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8421                 }
8422         }
8423
8424         ASSERT3P(zio->io_abd, !=, NULL);
8425
8426         /*
8427          * Check this survived the L2ARC journey.
8428          */
8429         ASSERT(zio->io_abd == hdr->b_l1hdr.b_pabd ||
8430             (HDR_HAS_RABD(hdr) && zio->io_abd == hdr->b_crypt_hdr.b_rabd));
8431         zio->io_bp_copy = cb->l2rcb_bp; /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
8432         zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* XXX fix in L2ARC 2.0 */
8433
8434         valid_cksum = arc_cksum_is_equal(hdr, zio);
8435
8436         /*
8437          * b_rabd will always match the data as it exists on disk if it is
8438          * being used. Therefore if we are reading into b_rabd we do not
8439          * attempt to untransform the data.
8440          */
8441         if (valid_cksum && !using_rdata)
8442                 tfm_error = l2arc_untransform(zio, cb);
8443
8444         if (valid_cksum && tfm_error == 0 && zio->io_error == 0 &&
8445             !HDR_L2_EVICTED(hdr)) {
8446                 mutex_exit(hash_lock);
8447                 zio->io_private = hdr;
8448                 arc_read_done(zio);
8449         } else {
8450                 mutex_exit(hash_lock);
8451                 /*
8452                  * Buffer didn't survive caching.  Increment stats and
8453                  * reissue to the original storage device.
8454                  */
8455                 if (zio->io_error != 0) {
8456                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_io_error);
8457                 } else {
8458                         zio->io_error = SET_ERROR(EIO);
8459                 }
8460                 if (!valid_cksum || tfm_error != 0)
8461                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_cksum_bad);
8462
8463                 /*
8464                  * If there's no waiter, issue an async i/o to the primary
8465                  * storage now.  If there *is* a waiter, the caller must
8466                  * issue the i/o in a context where it's OK to block.
8467                  */
8468                 if (zio->io_waiter == NULL) {
8469                         zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
8470                         void *abd = (using_rdata) ?
8471                             hdr->b_crypt_hdr.b_rabd : hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8472
8473                         ASSERT(!pio || pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
8474
8475                         zio_nowait(zio_read(pio, zio->io_spa, zio->io_bp,
8476                             abd, zio->io_size, arc_read_done,
8477                             hdr, zio->io_priority, cb->l2rcb_flags,
8478                             &cb->l2rcb_zb));
8479                 }
8480         }
8481
8482         kmem_free(cb, sizeof (l2arc_read_callback_t));
8483 }
8484
8485 /*
8486  * This is the list priority from which the L2ARC will search for pages to
8487  * cache.  This is used within loops (0..3) to cycle through lists in the
8488  * desired order.  This order can have a significant effect on cache
8489  * performance.
8490  *
8491  * Currently the metadata lists are hit first, MFU then MRU, followed by
8492  * the data lists.  This function returns a locked list, and also returns
8493  * the lock pointer.
8494  */
8495 static multilist_sublist_t *
8496 l2arc_sublist_lock(int list_num)
8497 {
8498         multilist_t *ml = NULL;
8499         unsigned int idx;
8500
8501         ASSERT(list_num >= 0 && list_num < L2ARC_FEED_TYPES);
8502
8503         switch (list_num) {
8504         case 0:
8505                 ml = arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
8506                 break;
8507         case 1:
8508                 ml = arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_METADATA];
8509                 break;
8510         case 2:
8511                 ml = arc_mfu->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
8512                 break;
8513         case 3:
8514                 ml = arc_mru->arcs_list[ARC_BUFC_DATA];
8515                 break;
8516         default:
8517                 return (NULL);
8518         }
8519
8520         /*
8521          * Return a randomly-selected sublist. This is acceptable
8522          * because the caller feeds only a little bit of data for each
8523          * call (8MB). Subsequent calls will result in different
8524          * sublists being selected.
8525          */
8526         idx = multilist_get_random_index(ml);
8527         return (multilist_sublist_lock(ml, idx));
8528 }
8529
8530 /*
8531  * Evict buffers from the device write hand to the distance specified in
8532  * bytes.  This distance may span populated buffers, it may span nothing.
8533  * This is clearing a region on the L2ARC device ready for writing.
8534  * If the 'all' boolean is set, every buffer is evicted.
8535  */
8536 static void
8537 l2arc_evict(l2arc_dev_t *dev, uint64_t distance, boolean_t all)
8538 {
8539         list_t *buflist;
8540         arc_buf_hdr_t *hdr, *hdr_prev;
8541         kmutex_t *hash_lock;
8542         uint64_t taddr;
8543
8544         buflist = &dev->l2ad_buflist;
8545
8546         if (!all && dev->l2ad_first) {
8547                 /*
8548                  * This is the first sweep through the device.  There is
8549                  * nothing to evict.
8550                  */
8551                 return;
8552         }
8553
8554         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - (2 * distance))) {
8555                 /*
8556                  * When nearing the end of the device, evict to the end
8557                  * before the device write hand jumps to the start.
8558                  */
8559                 taddr = dev->l2ad_end;
8560         } else {
8561                 taddr = dev->l2ad_hand + distance;
8562         }
8563         DTRACE_PROBE4(l2arc__evict, l2arc_dev_t *, dev, list_t *, buflist,
8564             uint64_t, taddr, boolean_t, all);
8565
8566 top:
8567         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8568         for (hdr = list_tail(buflist); hdr; hdr = hdr_prev) {
8569                 hdr_prev = list_prev(buflist, hdr);
8570
8571                 hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8572
8573                 /*
8574                  * We cannot use mutex_enter or else we can deadlock
8575                  * with l2arc_write_buffers (due to swapping the order
8576                  * the hash lock and l2ad_mtx are taken).
8577                  */
8578                 if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8579                         /*
8580                          * Missed the hash lock.  Retry.
8581                          */
8582                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_lock_retry);
8583                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8584                         mutex_enter(hash_lock);
8585                         mutex_exit(hash_lock);
8586                         goto top;
8587                 }
8588
8589                 /*
8590                  * A header can't be on this list if it doesn't have L2 header.
8591                  */
8592                 ASSERT(HDR_HAS_L2HDR(hdr));
8593
8594                 /* Ensure this header has finished being written. */
8595                 ASSERT(!HDR_L2_WRITING(hdr));
8596                 ASSERT(!HDR_L2_WRITE_HEAD(hdr));
8597
8598                 if (!all && (hdr->b_l2hdr.b_daddr >= taddr ||
8599                     hdr->b_l2hdr.b_daddr < dev->l2ad_hand)) {
8600                         /*
8601                          * We've evicted to the target address,
8602                          * or the end of the device.
8603                          */
8604                         mutex_exit(hash_lock);
8605                         break;
8606                 }
8607
8608                 if (!HDR_HAS_L1HDR(hdr)) {
8609                         ASSERT(!HDR_L2_READING(hdr));
8610                         /*
8611                          * This doesn't exist in the ARC.  Destroy.
8612                          * arc_hdr_destroy() will call list_remove()
8613                          * and decrement arcstat_l2_lsize.
8614                          */
8615                         arc_change_state(arc_anon, hdr, hash_lock);
8616                         arc_hdr_destroy(hdr);
8617                 } else {
8618                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_state != arc_l2c_only);
8619                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_l1cached);
8620                         /*
8621                          * Invalidate issued or about to be issued
8622                          * reads, since we may be about to write
8623                          * over this location.
8624                          */
8625                         if (HDR_L2_READING(hdr)) {
8626                                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_evict_reading);
8627                                 arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_EVICTED);
8628                         }
8629
8630                         arc_hdr_l2hdr_destroy(hdr);
8631                 }
8632                 mutex_exit(hash_lock);
8633         }
8634         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8635 }
8636
8637 /*
8638  * Handle any abd transforms that might be required for writing to the L2ARC.
8639  * If successful, this function will always return an abd with the data
8640  * transformed as it is on disk in a new abd of asize bytes.
8641  */
8642 static int
8643 l2arc_apply_transforms(spa_t *spa, arc_buf_hdr_t *hdr, uint64_t asize,
8644     abd_t **abd_out)
8645 {
8646         int ret;
8647         void *tmp = NULL;
8648         abd_t *cabd = NULL, *eabd = NULL, *to_write = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8649         enum zio_compress compress = HDR_GET_COMPRESS(hdr);
8650         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8651         uint64_t size = arc_hdr_size(hdr);
8652         boolean_t ismd = HDR_ISTYPE_METADATA(hdr);
8653         boolean_t bswap = (hdr->b_l1hdr.b_byteswap != DMU_BSWAP_NUMFUNCS);
8654         dsl_crypto_key_t *dck = NULL;
8655         uint8_t mac[ZIO_DATA_MAC_LEN] = { 0 };
8656         boolean_t no_crypt = B_FALSE;
8657
8658         ASSERT((HDR_GET_COMPRESS(hdr) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
8659             !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) ||
8660             HDR_ENCRYPTED(hdr) || HDR_SHARED_DATA(hdr) || psize != asize);
8661         ASSERT3U(psize, <=, asize);
8662
8663         /*
8664          * If this data simply needs its own buffer, we simply allocate it
8665          * and copy the data. This may be done to elimiate a depedency on a
8666          * shared buffer or to reallocate the buffer to match asize.
8667          */
8668         if (HDR_HAS_RABD(hdr) && asize != psize) {
8669                 ASSERT3U(asize, >=, psize);
8670                 to_write = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8671                 abd_copy(to_write, hdr->b_crypt_hdr.b_rabd, psize);
8672                 if (psize != asize)
8673                         abd_zero_off(to_write, psize, asize - psize);
8674                 goto out;
8675         }
8676
8677         if ((compress == ZIO_COMPRESS_OFF || HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) &&
8678             !HDR_ENCRYPTED(hdr)) {
8679                 ASSERT3U(size, ==, psize);
8680                 to_write = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8681                 abd_copy(to_write, hdr->b_l1hdr.b_pabd, size);
8682                 if (size != asize)
8683                         abd_zero_off(to_write, size, asize - size);
8684                 goto out;
8685         }
8686
8687         if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF && !HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr)) {
8688                 cabd = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8689                 tmp = abd_borrow_buf(cabd, asize);
8690
8691                 psize = zio_compress_data(compress, to_write, tmp, size);
8692                 ASSERT3U(psize, <=, HDR_GET_PSIZE(hdr));
8693                 if (psize < asize)
8694                         bzero((char *)tmp + psize, asize - psize);
8695                 psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8696                 abd_return_buf_copy(cabd, tmp, asize);
8697                 to_write = cabd;
8698         }
8699
8700         if (HDR_ENCRYPTED(hdr)) {
8701                 eabd = abd_alloc_for_io(asize, ismd);
8702
8703                 /*
8704                  * If the dataset was disowned before the buffer
8705                  * made it to this point, the key to re-encrypt
8706                  * it won't be available. In this case we simply
8707                  * won't write the buffer to the L2ARC.
8708                  */
8709                 ret = spa_keystore_lookup_key(spa, hdr->b_crypt_hdr.b_dsobj,
8710                     FTAG, &dck);
8711                 if (ret != 0)
8712                         goto error;
8713
8714                 ret = zio_do_crypt_abd(B_TRUE, &dck->dck_key,
8715                     hdr->b_crypt_hdr.b_ot, bswap, hdr->b_crypt_hdr.b_salt,
8716                     hdr->b_crypt_hdr.b_iv, mac, psize, to_write, eabd,
8717                     &no_crypt);
8718                 if (ret != 0)
8719                         goto error;
8720
8721                 if (no_crypt)
8722                         abd_copy(eabd, to_write, psize);
8723
8724                 if (psize != asize)
8725                         abd_zero_off(eabd, psize, asize - psize);
8726
8727                 /* assert that the MAC we got here matches the one we saved */
8728                 ASSERT0(bcmp(mac, hdr->b_crypt_hdr.b_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN));
8729                 spa_keystore_dsl_key_rele(spa, dck, FTAG);
8730
8731                 if (to_write == cabd)
8732                         abd_free(cabd);
8733
8734                 to_write = eabd;
8735         }
8736
8737 out:
8738         ASSERT3P(to_write, !=, hdr->b_l1hdr.b_pabd);
8739         *abd_out = to_write;
8740         return (0);
8741
8742 error:
8743         if (dck != NULL)
8744                 spa_keystore_dsl_key_rele(spa, dck, FTAG);
8745         if (cabd != NULL)
8746                 abd_free(cabd);
8747         if (eabd != NULL)
8748                 abd_free(eabd);
8749
8750         *abd_out = NULL;
8751         return (ret);
8752 }
8753
8754 /*
8755  * Find and write ARC buffers to the L2ARC device.
8756  *
8757  * An ARC_FLAG_L2_WRITING flag is set so that the L2ARC buffers are not valid
8758  * for reading until they have completed writing.
8759  * The headroom_boost is an in-out parameter used to maintain headroom boost
8760  * state between calls to this function.
8761  *
8762  * Returns the number of bytes actually written (which may be smaller than
8763  * the delta by which the device hand has changed due to alignment).
8764  */
8765 static uint64_t
8766 l2arc_write_buffers(spa_t *spa, l2arc_dev_t *dev, uint64_t target_sz)
8767 {
8768         arc_buf_hdr_t *hdr, *hdr_prev, *head;
8769         uint64_t write_asize, write_psize, write_lsize, headroom;
8770         boolean_t full;
8771         l2arc_write_callback_t *cb;
8772         zio_t *pio, *wzio;
8773         uint64_t guid = spa_load_guid(spa);
8774
8775         ASSERT3P(dev->l2ad_vdev, !=, NULL);
8776
8777         pio = NULL;
8778         write_lsize = write_asize = write_psize = 0;
8779         full = B_FALSE;
8780         head = kmem_cache_alloc(hdr_l2only_cache, KM_PUSHPAGE);
8781         arc_hdr_set_flags(head, ARC_FLAG_L2_WRITE_HEAD | ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
8782
8783         /*
8784          * Copy buffers for L2ARC writing.
8785          */
8786         for (int try = 0; try < L2ARC_FEED_TYPES; try++) {
8787                 multilist_sublist_t *mls = l2arc_sublist_lock(try);
8788                 uint64_t passed_sz = 0;
8789
8790                 VERIFY3P(mls, !=, NULL);
8791
8792                 /*
8793                  * L2ARC fast warmup.
8794                  *
8795                  * Until the ARC is warm and starts to evict, read from the
8796                  * head of the ARC lists rather than the tail.
8797                  */
8798                 if (arc_warm == B_FALSE)
8799                         hdr = multilist_sublist_head(mls);
8800                 else
8801                         hdr = multilist_sublist_tail(mls);
8802
8803                 headroom = target_sz * l2arc_headroom;
8804                 if (zfs_compressed_arc_enabled)
8805                         headroom = (headroom * l2arc_headroom_boost) / 100;
8806
8807                 for (; hdr; hdr = hdr_prev) {
8808                         kmutex_t *hash_lock;
8809                         abd_t *to_write = NULL;
8810
8811                         if (arc_warm == B_FALSE)
8812                                 hdr_prev = multilist_sublist_next(mls, hdr);
8813                         else
8814                                 hdr_prev = multilist_sublist_prev(mls, hdr);
8815
8816                         hash_lock = HDR_LOCK(hdr);
8817                         if (!mutex_tryenter(hash_lock)) {
8818                                 /*
8819                                  * Skip this buffer rather than waiting.
8820                                  */
8821                                 continue;
8822                         }
8823
8824                         passed_sz += HDR_GET_LSIZE(hdr);
8825                         if (passed_sz > headroom) {
8826                                 /*
8827                                  * Searched too far.
8828                                  */
8829                                 mutex_exit(hash_lock);
8830                                 break;
8831                         }
8832
8833                         if (!l2arc_write_eligible(guid, hdr)) {
8834                                 mutex_exit(hash_lock);
8835                                 continue;
8836                         }
8837
8838                         /*
8839                          * We rely on the L1 portion of the header below, so
8840                          * it's invalid for this header to have been evicted out
8841                          * of the ghost cache, prior to being written out. The
8842                          * ARC_FLAG_L2_WRITING bit ensures this won't happen.
8843                          */
8844                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
8845
8846                         ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), >, 0);
8847                         ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), >, 0);
8848                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL ||
8849                             HDR_HAS_RABD(hdr));
8850                         uint64_t psize = HDR_GET_PSIZE(hdr);
8851                         uint64_t asize = vdev_psize_to_asize(dev->l2ad_vdev,
8852                             psize);
8853
8854                         if ((write_asize + asize) > target_sz) {
8855                                 full = B_TRUE;
8856                                 mutex_exit(hash_lock);
8857                                 break;
8858                         }
8859
8860                         /*
8861                          * We rely on the L1 portion of the header below, so
8862                          * it's invalid for this header to have been evicted out
8863                          * of the ghost cache, prior to being written out. The
8864                          * ARC_FLAG_L2_WRITING bit ensures this won't happen.
8865                          */
8866                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_L2_WRITING);
8867                         ASSERT(HDR_HAS_L1HDR(hdr));
8868
8869                         ASSERT3U(HDR_GET_PSIZE(hdr), >, 0);
8870                         ASSERT(hdr->b_l1hdr.b_pabd != NULL ||
8871                             HDR_HAS_RABD(hdr));
8872                         ASSERT3U(arc_hdr_size(hdr), >, 0);
8873
8874                         /*
8875                          * If this header has b_rabd, we can use this since it
8876                          * must always match the data exactly as it exists on
8877                          * disk. Otherwise, the L2ARC can  normally use the
8878                          * hdr's data, but if we're sharing data between the
8879                          * hdr and one of its bufs, L2ARC needs its own copy of
8880                          * the data so that the ZIO below can't race with the
8881                          * buf consumer. To ensure that this copy will be
8882                          * available for the lifetime of the ZIO and be cleaned
8883                          * up afterwards, we add it to the l2arc_free_on_write
8884                          * queue. If we need to apply any transforms to the
8885                          * data (compression, encryption) we will also need the
8886                          * extra buffer.
8887                          */
8888                         if (HDR_HAS_RABD(hdr) && psize == asize) {
8889                                 to_write = hdr->b_crypt_hdr.b_rabd;
8890                         } else if ((HDR_COMPRESSION_ENABLED(hdr) ||
8891                             HDR_GET_COMPRESS(hdr) == ZIO_COMPRESS_OFF) &&
8892                             !HDR_ENCRYPTED(hdr) && !HDR_SHARED_DATA(hdr) &&
8893                             psize == asize) {
8894                                 to_write = hdr->b_l1hdr.b_pabd;
8895                         } else {
8896                                 int ret;
8897                                 arc_buf_contents_t type = arc_buf_type(hdr);
8898
8899                                 ret = l2arc_apply_transforms(spa, hdr, asize,
8900                                     &to_write);
8901                                 if (ret != 0) {
8902                                         arc_hdr_clear_flags(hdr,
8903                                             ARC_FLAG_L2_WRITING);
8904                                         mutex_exit(hash_lock);
8905                                         continue;
8906                                 }
8907
8908                                 l2arc_free_abd_on_write(to_write, asize, type);
8909                         }
8910
8911                         if (pio == NULL) {
8912                                 /*
8913                                  * Insert a dummy header on the buflist so
8914                                  * l2arc_write_done() can find where the
8915                                  * write buffers begin without searching.
8916                                  */
8917                                 mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8918                                 list_insert_head(&dev->l2ad_buflist, head);
8919                                 mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8920
8921                                 cb = kmem_alloc(
8922                                     sizeof (l2arc_write_callback_t), KM_SLEEP);
8923                                 cb->l2wcb_dev = dev;
8924                                 cb->l2wcb_head = head;
8925                                 pio = zio_root(spa, l2arc_write_done, cb,
8926                                     ZIO_FLAG_CANFAIL);
8927                         }
8928
8929                         hdr->b_l2hdr.b_dev = dev;
8930                         hdr->b_l2hdr.b_hits = 0;
8931
8932                         hdr->b_l2hdr.b_daddr = dev->l2ad_hand;
8933                         arc_hdr_set_flags(hdr, ARC_FLAG_HAS_L2HDR);
8934
8935                         mutex_enter(&dev->l2ad_mtx);
8936                         list_insert_head(&dev->l2ad_buflist, hdr);
8937                         mutex_exit(&dev->l2ad_mtx);
8938
8939                         (void) zfs_refcount_add_many(&dev->l2ad_alloc,
8940                             arc_hdr_size(hdr), hdr);
8941
8942                         wzio = zio_write_phys(pio, dev->l2ad_vdev,
8943                             hdr->b_l2hdr.b_daddr, asize, to_write,
8944                             ZIO_CHECKSUM_OFF, NULL, hdr,
8945                             ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE,
8946                             ZIO_FLAG_CANFAIL, B_FALSE);
8947
8948                         write_lsize += HDR_GET_LSIZE(hdr);
8949                         DTRACE_PROBE2(l2arc__write, vdev_t *, dev->l2ad_vdev,
8950                             zio_t *, wzio);
8951
8952                         write_psize += psize;
8953                         write_asize += asize;
8954                         dev->l2ad_hand += asize;
8955
8956                         mutex_exit(hash_lock);
8957
8958                         (void) zio_nowait(wzio);
8959                 }
8960
8961                 multilist_sublist_unlock(mls);
8962
8963                 if (full == B_TRUE)
8964                         break;
8965         }
8966
8967         /* No buffers selected for writing? */
8968         if (pio == NULL) {
8969                 ASSERT0(write_lsize);
8970                 ASSERT(!HDR_HAS_L1HDR(head));
8971                 kmem_cache_free(hdr_l2only_cache, head);
8972                 return (0);
8973         }
8974
8975         ASSERT3U(write_asize, <=, target_sz);
8976         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_writes_sent);
8977         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_write_bytes, write_psize);
8978         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_lsize, write_lsize);
8979         ARCSTAT_INCR(arcstat_l2_psize, write_psize);
8980         vdev_space_update(dev->l2ad_vdev, write_psize, 0, 0);
8981
8982         /*
8983          * Bump device hand to the device start if it is approaching the end.
8984          * l2arc_evict() will already have evicted ahead for this case.
8985          */
8986         if (dev->l2ad_hand >= (dev->l2ad_end - target_sz)) {
8987                 dev->l2ad_hand = dev->l2ad_start;
8988                 dev->l2ad_first = B_FALSE;
8989         }
8990
8991         dev->l2ad_writing = B_TRUE;
8992         (void) zio_wait(pio);
8993         dev->l2ad_writing = B_FALSE;
8994
8995         return (write_asize);
8996 }
8997
8998 /*
8999  * This thread feeds the L2ARC at regular intervals.  This is the beating
9000  * heart of the L2ARC.
9001  */
9002 /* ARGSUSED */
9003 static void
9004 l2arc_feed_thread(void *unused)
9005 {
9006         callb_cpr_t cpr;
9007         l2arc_dev_t *dev;
9008         spa_t *spa;
9009         uint64_t size, wrote;
9010         clock_t begin, next = ddi_get_lbolt();
9011         fstrans_cookie_t cookie;
9012
9013         CALLB_CPR_INIT(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock, callb_generic_cpr, FTAG);
9014
9015         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
9016
9017         cookie = spl_fstrans_mark();
9018         while (l2arc_thread_exit == 0) {
9019                 CALLB_CPR_SAFE_BEGIN(&cpr);
9020                 (void) cv_timedwait_sig(&l2arc_feed_thr_cv,
9021                     &l2arc_feed_thr_lock, next);
9022                 CALLB_CPR_SAFE_END(&cpr, &l2arc_feed_thr_lock);
9023                 next = ddi_get_lbolt() + hz;
9024
9025                 /*
9026                  * Quick check for L2ARC devices.
9027                  */
9028                 mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9029                 if (l2arc_ndev == 0) {
9030                         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9031                         continue;
9032                 }
9033                 mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9034                 begin = ddi_get_lbolt();
9035
9036                 /*
9037                  * This selects the next l2arc device to write to, and in
9038                  * doing so the next spa to feed from: dev->l2ad_spa.   This
9039                  * will return NULL if there are now no l2arc devices or if
9040                  * they are all faulted.
9041                  *
9042                  * If a device is returned, its spa's config lock is also
9043                  * held to prevent device removal.  l2arc_dev_get_next()
9044                  * will grab and release l2arc_dev_mtx.
9045                  */
9046                 if ((dev = l2arc_dev_get_next()) == NULL)
9047                         continue;
9048
9049                 spa = dev->l2ad_spa;
9050                 ASSERT3P(spa, !=, NULL);
9051
9052                 /*
9053                  * If the pool is read-only then force the feed thread to
9054                  * sleep a little longer.
9055                  */
9056                 if (!spa_writeable(spa)) {
9057                         next = ddi_get_lbolt() + 5 * l2arc_feed_secs * hz;
9058                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
9059                         continue;
9060                 }
9061
9062                 /*
9063                  * Avoid contributing to memory pressure.
9064                  */
9065                 if (arc_reclaim_needed()) {
9066                         ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_abort_lowmem);
9067                         spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
9068                         continue;
9069                 }
9070
9071                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_l2_feeds);
9072
9073                 size = l2arc_write_size();
9074
9075                 /*
9076                  * Evict L2ARC buffers that will be overwritten.
9077                  */
9078                 l2arc_evict(dev, size, B_FALSE);
9079
9080                 /*
9081                  * Write ARC buffers.
9082                  */
9083                 wrote = l2arc_write_buffers(spa, dev, size);
9084
9085                 /*
9086                  * Calculate interval between writes.
9087                  */
9088                 next = l2arc_write_interval(begin, size, wrote);
9089                 spa_config_exit(spa, SCL_L2ARC, dev);
9090         }
9091         spl_fstrans_unmark(cookie);
9092
9093         l2arc_thread_exit = 0;
9094         cv_broadcast(&l2arc_feed_thr_cv);
9095         CALLB_CPR_EXIT(&cpr);           /* drops l2arc_feed_thr_lock */
9096         thread_exit();
9097 }
9098
9099 boolean_t
9100 l2arc_vdev_present(vdev_t *vd)
9101 {
9102         l2arc_dev_t *dev;
9103
9104         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9105         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev != NULL;
9106             dev = list_next(l2arc_dev_list, dev)) {
9107                 if (dev->l2ad_vdev == vd)
9108                         break;
9109         }
9110         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9111
9112         return (dev != NULL);
9113 }
9114
9115 /*
9116  * Add a vdev for use by the L2ARC.  By this point the spa has already
9117  * validated the vdev and opened it.
9118  */
9119 void
9120 l2arc_add_vdev(spa_t *spa, vdev_t *vd)
9121 {
9122         l2arc_dev_t *adddev;
9123
9124         ASSERT(!l2arc_vdev_present(vd));
9125
9126         /*
9127          * Create a new l2arc device entry.
9128          */
9129         adddev = kmem_zalloc(sizeof (l2arc_dev_t), KM_SLEEP);
9130         adddev->l2ad_spa = spa;
9131         adddev->l2ad_vdev = vd;
9132         adddev->l2ad_start = VDEV_LABEL_START_SIZE;
9133         adddev->l2ad_end = VDEV_LABEL_START_SIZE + vdev_get_min_asize(vd);
9134         adddev->l2ad_hand = adddev->l2ad_start;
9135         adddev->l2ad_first = B_TRUE;
9136         adddev->l2ad_writing = B_FALSE;
9137         list_link_init(&adddev->l2ad_node);
9138
9139         mutex_init(&adddev->l2ad_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9140         /*
9141          * This is a list of all ARC buffers that are still valid on the
9142          * device.
9143          */
9144         list_create(&adddev->l2ad_buflist, sizeof (arc_buf_hdr_t),
9145             offsetof(arc_buf_hdr_t, b_l2hdr.b_l2node));
9146
9147         vdev_space_update(vd, 0, 0, adddev->l2ad_end - adddev->l2ad_hand);
9148         zfs_refcount_create(&adddev->l2ad_alloc);
9149
9150         /*
9151          * Add device to global list
9152          */
9153         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9154         list_insert_head(l2arc_dev_list, adddev);
9155         atomic_inc_64(&l2arc_ndev);
9156         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9157 }
9158
9159 /*
9160  * Remove a vdev from the L2ARC.
9161  */
9162 void
9163 l2arc_remove_vdev(vdev_t *vd)
9164 {
9165         l2arc_dev_t *dev, *nextdev, *remdev = NULL;
9166
9167         /*
9168          * Find the device by vdev
9169          */
9170         mutex_enter(&l2arc_dev_mtx);
9171         for (dev = list_head(l2arc_dev_list); dev; dev = nextdev) {
9172                 nextdev = list_next(l2arc_dev_list, dev);
9173                 if (vd == dev->l2ad_vdev) {
9174                         remdev = dev;
9175                         break;
9176                 }
9177         }
9178         ASSERT3P(remdev, !=, NULL);
9179
9180         /*
9181          * Remove device from global list
9182          */
9183         list_remove(l2arc_dev_list, remdev);
9184         l2arc_dev_last = NULL;          /* may have been invalidated */
9185         atomic_dec_64(&l2arc_ndev);
9186         mutex_exit(&l2arc_dev_mtx);
9187
9188         /*
9189          * Clear all buflists and ARC references.  L2ARC device flush.
9190          */
9191         l2arc_evict(remdev, 0, B_TRUE);
9192         list_destroy(&remdev->l2ad_buflist);
9193         mutex_destroy(&remdev->l2ad_mtx);
9194         zfs_refcount_destroy(&remdev->l2ad_alloc);
9195         kmem_free(remdev, sizeof (l2arc_dev_t));
9196 }
9197
9198 void
9199 l2arc_init(void)
9200 {
9201         l2arc_thread_exit = 0;
9202         l2arc_ndev = 0;
9203         l2arc_writes_sent = 0;
9204         l2arc_writes_done = 0;
9205
9206         mutex_init(&l2arc_feed_thr_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9207         cv_init(&l2arc_feed_thr_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
9208         mutex_init(&l2arc_dev_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9209         mutex_init(&l2arc_free_on_write_mtx, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
9210
9211         l2arc_dev_list = &L2ARC_dev_list;
9212         l2arc_free_on_write = &L2ARC_free_on_write;
9213         list_create(l2arc_dev_list, sizeof (l2arc_dev_t),
9214             offsetof(l2arc_dev_t, l2ad_node));
9215         list_create(l2arc_free_on_write, sizeof (l2arc_data_free_t),
9216             offsetof(l2arc_data_free_t, l2df_list_node));
9217 }
9218
9219 void
9220 l2arc_fini(void)
9221 {
9222         /*
9223          * This is called from dmu_fini(), which is called from spa_fini();
9224          * Because of this, we can assume that all l2arc devices have
9225          * already been removed when the pools themselves were removed.
9226          */
9227
9228         l2arc_do_free_on_write();
9229
9230         mutex_destroy(&l2arc_feed_thr_lock);
9231         cv_destroy(&l2arc_feed_thr_cv);
9232         mutex_destroy(&l2arc_dev_mtx);
9233         mutex_destroy(&l2arc_free_on_write_mtx);
9234
9235         list_destroy(l2arc_dev_list);
9236         list_destroy(l2arc_free_on_write);
9237 }
9238
9239 void
9240 l2arc_start(void)
9241 {
9242         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
9243                 return;
9244
9245         (void) thread_create(NULL, 0, l2arc_feed_thread, NULL, 0, &p0,
9246             TS_RUN, defclsyspri);
9247 }
9248
9249 void
9250 l2arc_stop(void)
9251 {
9252         if (!(spa_mode_global & FWRITE))
9253                 return;
9254
9255         mutex_enter(&l2arc_feed_thr_lock);
9256         cv_signal(&l2arc_feed_thr_cv);  /* kick thread out of startup */
9257         l2arc_thread_exit = 1;
9258         while (l2arc_thread_exit != 0)
9259                 cv_wait(&l2arc_feed_thr_cv, &l2arc_feed_thr_lock);
9260         mutex_exit(&l2arc_feed_thr_lock);
9261 }
9262
9263 #if defined(_KERNEL)
9264 EXPORT_SYMBOL(arc_buf_size);
9265 EXPORT_SYMBOL(arc_write);
9266 EXPORT_SYMBOL(arc_read);
9267 EXPORT_SYMBOL(arc_buf_info);
9268 EXPORT_SYMBOL(arc_getbuf_func);
9269 EXPORT_SYMBOL(arc_add_prune_callback);
9270 EXPORT_SYMBOL(arc_remove_prune_callback);
9271
9272 /* BEGIN CSTYLED */
9273 module_param(zfs_arc_min, ulong, 0644);
9274 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_min, "Min arc size");
9275
9276 module_param(zfs_arc_max, ulong, 0644);
9277 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_max, "Max arc size");
9278
9279 module_param(zfs_arc_meta_limit, ulong, 0644);
9280 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_limit, "Meta limit for arc size");
9281
9282 module_param(zfs_arc_meta_limit_percent, ulong, 0644);
9283 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_limit_percent,
9284         "Percent of arc size for arc meta limit");
9285
9286 module_param(zfs_arc_meta_min, ulong, 0644);
9287 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_min, "Min arc metadata");
9288
9289 module_param(zfs_arc_meta_prune, int, 0644);
9290 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_prune, "Meta objects to scan for prune");
9291
9292 module_param(zfs_arc_meta_adjust_restarts, int, 0644);
9293 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_adjust_restarts,
9294         "Limit number of restarts in arc_adjust_meta");
9295
9296 module_param(zfs_arc_meta_strategy, int, 0644);
9297 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_meta_strategy, "Meta reclaim strategy");
9298
9299 module_param(zfs_arc_grow_retry, int, 0644);
9300 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_grow_retry, "Seconds before growing arc size");
9301
9302 module_param(zfs_arc_p_dampener_disable, int, 0644);
9303 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_p_dampener_disable, "disable arc_p adapt dampener");
9304
9305 module_param(zfs_arc_shrink_shift, int, 0644);
9306 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_shrink_shift, "log2(fraction of arc to reclaim)");
9307
9308 module_param(zfs_arc_pc_percent, uint, 0644);
9309 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_pc_percent,
9310         "Percent of pagecache to reclaim arc to");
9311
9312 module_param(zfs_arc_p_min_shift, int, 0644);
9313 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_p_min_shift, "arc_c shift to calc min/max arc_p");
9314
9315 module_param(zfs_arc_average_blocksize, int, 0444);
9316 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_average_blocksize, "Target average block size");
9317
9318 module_param(zfs_compressed_arc_enabled, int, 0644);
9319 MODULE_PARM_DESC(zfs_compressed_arc_enabled, "Disable compressed arc buffers");
9320
9321 module_param(zfs_arc_min_prefetch_ms, int, 0644);
9322 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_min_prefetch_ms, "Min life of prefetch block in ms");
9323
9324 module_param(zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms, int, 0644);
9325 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_min_prescient_prefetch_ms,
9326         "Min life of prescient prefetched block in ms");
9327
9328 module_param(l2arc_write_max, ulong, 0644);
9329 MODULE_PARM_DESC(l2arc_write_max, "Max write bytes per interval");
9330
9331 module_param(l2arc_write_boost, ulong, 0644);
9332 MODULE_PARM_DESC(l2arc_write_boost, "Extra write bytes during device warmup");
9333
9334 module_param(l2arc_headroom, ulong, 0644);
9335 MODULE_PARM_DESC(l2arc_headroom, "Number of max device writes to precache");
9336
9337 module_param(l2arc_headroom_boost, ulong, 0644);
9338 MODULE_PARM_DESC(l2arc_headroom_boost, "Compressed l2arc_headroom multiplier");
9339
9340 module_param(l2arc_feed_secs, ulong, 0644);
9341 MODULE_PARM_DESC(l2arc_feed_secs, "Seconds between L2ARC writing");
9342
9343 module_param(l2arc_feed_min_ms, ulong, 0644);
9344 MODULE_PARM_DESC(l2arc_feed_min_ms, "Min feed interval in milliseconds");
9345
9346 module_param(l2arc_noprefetch, int, 0644);
9347 MODULE_PARM_DESC(l2arc_noprefetch, "Skip caching prefetched buffers");
9348
9349 module_param(l2arc_feed_again, int, 0644);
9350 MODULE_PARM_DESC(l2arc_feed_again, "Turbo L2ARC warmup");
9351
9352 module_param(l2arc_norw, int, 0644);
9353 MODULE_PARM_DESC(l2arc_norw, "No reads during writes");
9354
9355 module_param(zfs_arc_lotsfree_percent, int, 0644);
9356 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_lotsfree_percent,
9357         "System free memory I/O throttle in bytes");
9358
9359 module_param(zfs_arc_sys_free, ulong, 0644);
9360 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_sys_free, "System free memory target size in bytes");
9361
9362 module_param(zfs_arc_dnode_limit, ulong, 0644);
9363 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_dnode_limit, "Minimum bytes of dnodes in arc");
9364
9365 module_param(zfs_arc_dnode_limit_percent, ulong, 0644);
9366 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_dnode_limit_percent,
9367         "Percent of ARC meta buffers for dnodes");
9368
9369 module_param(zfs_arc_dnode_reduce_percent, ulong, 0644);
9370 MODULE_PARM_DESC(zfs_arc_dnode_reduce_percent,
9371         "Percentage of excess dnodes to try to unpin");
9372 /* END CSTYLED */
9373 #endif